Cálculo do esquema térmico de usinas geoelétricas. Usinas termelétricas geotérmicas de circuito duplo. Esquema, descrição. Usinas geotérmicas - maneiras de usar a energia geotérmica
O GeoTEP de circuito duplo (Fig. 4.2) inclui um gerador de vapor 4, no qual a energia térmica da mistura geotérmica vapor-água é usada para aquecer e evaporar a água de alimentação de uma tradicional usina de turbina a vapor úmido 6 com um elétrico gerador 5. A água geotérmica gasta no gerador de vapor é bombeada pela bomba 3 para o poço de retorno 2. Limpeza a seco O tratamento da água de alimentação da planta da turbina é realizado por métodos convencionais. A bomba de alimentação 8 retorna o condensado do condensador 7 para o gerador de vapor.
Numa instalação de circuito duplo, não existem gases não condensáveis no circuito de vapor, portanto um vácuo mais profundo e térmico Eficiência de instalação aumenta em comparação com o circuito único. Na saída do gerador de vapor, o calor remanescente das águas geotérmicas pode, como no caso de uma central geotérmica de circuito único, ser utilizado para necessidades de fornecimento de calor.
Figura 4.2. Diagrama térmico usina geotérmica de circuito duplo
Gases, incluindo sulfeto de hidrogênio, são fornecidos do gerador de vapor para o absorvedor de bolhas e dissolvidos na água geotérmica residual, após o que são bombeados para o poço de descarte. De acordo com testes na Usina Geotérmica Oceânica em construção (Ilhas Curilas), 93,97% do sulfeto de hidrogênio inicial está dissolvido no absorvedor borbulhante.
A diferença de temperatura no gerador de vapor reduz a entalpia do vapor vivo em uma instalação de circuito duplo h 1 em comparação com uma de circuito único, porém, em geral, a diferença de calor na turbina aumenta devido à diminuição da entalpia de exaustão vapor h 2 . O cálculo termodinâmico do ciclo é realizado como para uma usina termelétrica convencional com turbina a vapor (ver seção sobre usinas com turbina solar a vapor).
Consumo água quente provenientes de poços geotérmicos para instalação com capacidade N, kW, determinada a partir da expressão
Kg/s, (4,3)
onde é a diferença de temperatura da água geotérmica na entrada e na saída do gerador de vapor, °C, é a eficiência do gerador de vapor. A eficiência geral das modernas usinas geotérmicas de turbina a vapor de circuito duplo é de 17,27%.
Em campos com temperaturas relativamente baixas de águas geotérmicas (100-200°C) instalações de circuito duplo em fluidos de trabalho de baixo ponto de ebulição (freons, hidrocarbonetos). Também é economicamente justificável utilizar tais instalações para reciclar o calor da água separada de centrais geotérmicas de circuito único (em vez do permutador de calor de aquecimento urbano na Fig. 4.1). Em nosso país, pela primeira vez no mundo (em 1967), foi criada uma usina desse tipo utilizando refrigerante R-12 com capacidade de 600 kW, construída no campo geotérmico de Paratunsky (Kamchatka) sob a liderança científica de o Instituto de Termofísica do Ramo Siberiano da Academia de Ciências da URSS. A diferença de temperatura do refrigerante foi de 80...5 o C, a água fria foi fornecida ao condensador pelo rio. Paratunka com temperatura média anual de 5 o C. Infelizmente, esses trabalhos não foram desenvolvidos devido ao antigo baixo custo do combustível orgânico.
Atualmente, a JSC "Kirovsky Plant" desenvolveu o projeto e a documentação técnica de um módulo geotérmico de circuito duplo com capacidade de 1,5 MW utilizando freon R142v (refrigerante de reserva - isobutano). O módulo de energia será totalmente fabricado na fábrica e entregue por via férrea; as obras de construção e instalação e a ligação à rede elétrica exigirão custos mínimos. Espera-se que o custo de fábrica para produção em massa de módulos de energia seja reduzido para aproximadamente US$ 800 por quilowatt de capacidade instalada.
Juntamente com o GeoTES que utiliza um refrigerante homogéneo de baixo ponto de ebulição, a ENIN está a desenvolver uma instalação promissora que utiliza um fluido de trabalho misto de água e amoníaco. A principal vantagem de tal instalação é a possibilidade de sua utilização em uma ampla faixa de temperaturas de águas geotérmicas e misturas vapor-água (de 90 a 220 o C). Com um fluido de trabalho homogêneo, um desvio da temperatura na saída do gerador de vapor em 10...20 o C da calculada leva a uma diminuição acentuada na eficiência do ciclo - em 2,4 vezes. Ao alterar a concentração dos componentes do refrigerante misturado, é possível garantir um desempenho aceitável da instalação em temperaturas variáveis. A potência da turbina de água com amônia nesta faixa de temperatura varia menos de 15%. Além disso, tal turbina tem melhor peso e dimensões, e a mistura amônia-água é diferente melhores características troca de calor, o que permite reduzir o consumo de metal e o custo do gerador de vapor e condensador em comparação com um módulo de energia que utiliza um refrigerante homogêneo. Essas usinas podem ser amplamente utilizadas para recuperação de calor residual na indústria. Eles podem ter uma forte demanda no mercado internacional de equipamentos geotérmicos.
O cálculo de usinas geotérmicas com fluidos de trabalho mistos e de baixo ponto de ebulição é realizado por meio de tabelas de propriedades termodinâmicas e diagramas h - s dos vapores desses líquidos.
Relacionada ao problema das usinas geotérmicas está a possibilidade de aproveitamento dos recursos térmicos do Oceano Mundial, frequentemente citada na literatura. Nas latitudes tropicais a temperatura água do mar na superfície cerca de 25 o C, a uma profundidade de 500...1000 m - cerca de 2...3 o C. Em 1881, D'Arsonval expressou a ideia de usar essa diferença de temperatura para produzir eletricidade . Diagrama de instalação de um dos projetos de implementação Esta ideia é apresentada na Fig. 4.3.
Figura 4.3. Esquema de uma usina termelétrica oceânica: 1 - bomba para abastecimento de água quente superficial; 2 - gerador de vapor refrigerante de baixo ponto de ebulição; 3 - turbina; 4 - gerador elétrico; 5 - capacitor; 6 - bomba de abastecimento de água fria e profunda; 7 - bomba de alimentação; 8 - plataforma do navio
A bomba 1 fornece calor água da superfície no gerador de vapor 2, onde o refrigerante de baixo ponto de ebulição evapora. O vapor com temperatura de cerca de 20° C é enviado para a turbina 3, que aciona o gerador elétrico 4. O vapor de exaustão entra no condensador 5 e é condensado pela água fria profunda fornecida pela bomba de circulação 6. A bomba de alimentação 7 retorna o refrigerante ao gerador de vapor .
Ao subir através de camadas superficiais quentes, a água profunda aquece até pelo menos 7...8° C, respectivamente, o vapor do líquido refrigerante úmido exaurido terá uma temperatura de pelo menos 12...13° C. Como resultado, o calor a eficiência deste ciclo será = 0,028, e para um ciclo real - menos de 2%. Ao mesmo tempo, as usinas termelétricas oceânicas são caracterizadas por altos custos energia para suas próprias necessidades, gastos muito grandes de calor e água fria, assim como o refrigerante, o consumo de energia das bombas excederá a energia gerada pela unidade. Nos Estados Unidos, as tentativas de implementar tais usinas perto das ilhas havaianas não produziram resultados positivos.
Outro projeto de usina termelétrica oceânica - termelétrica - envolve o uso do efeito Seebeck, colocando junções termoeletrodas nas camadas superficiais e profundas do oceano. A eficiência ideal de tal instalação, como no ciclo de Carnot, é de cerca de 2%. A Seção 3.2 mostra que a eficiência real dos conversores térmicos é uma ordem de grandeza menor. Assim, para remoção de calor em camadas superficiaiságua do oceano e transferência de calor nas profundezas, seria necessário construir superfícies de troca de calor (“velas subaquáticas”) muito grande área. Isto é irrealista para usinas de energia poder quase perceptível. A baixa densidade energética é um obstáculo à utilização das reservas de calor dos oceanos.
Leia e escrevaútil
Objetivo da palestra: mostrar possibilidades e usos calor geotérmico em sistemas de fornecimento de energia.
O calor na forma de fontes termais e gêiseres pode ser usado para gerar eletricidade, vários esquemas em usinas geotérmicas (GeoPP). O esquema mais facilmente implementado é aquele que utiliza vapor de líquidos com baixo ponto de ebulição. Água quente de fontes naturais, aquecendo esse líquido no evaporador, transforma-o em vapor, que é utilizado na turbina e serve de acionamento para o gerador de corrente.
A Figura 1 mostra um ciclo com um fluido de trabalho, por exemplo água ou freon ( A); ciclo com dois fluidos de trabalho - água e freon ( b); ciclo de vapor direto ( V) e ciclo de circuito duplo ( G).
Tecnologias de produção energia elétrica dependem em grande parte do potencial térmico das águas termais.
Desenho. 1 - Exemplos de organização de um ciclo de produção de eletricidade:
I – fonte geotérmica; II – ciclo turbina; III – água de resfriamento
Depósitos de alto potencial permitem a utilização de projetos quase tradicionais de usinas termelétricas com turbinas a vapor.
tabela 1 -Especificações usinas geotérmicas
A Figura 2 mostra mais circuito simples uma pequena central eléctrica (GeoPP) que utiliza o calor de uma fonte quente subterrânea.
A água de uma fonte termal com temperatura de cerca de 95 °C é fornecida pela bomba 2 ao removedor de gases 3, onde os gases nela dissolvidos são separados.
Em seguida, a água entra no evaporador 4, onde é convertida em vapor saturado e levemente superaquecida devido ao calor do vapor (da caldeira auxiliar), que antes era exaurido no ejetor do condensador.
Vapor levemente superaquecido funciona na turbina 5, em cujo eixo existe um gerador de corrente. O vapor de exaustão é condensado no condensador 6, resfriado com água em temperatura normal.
Figura 2-. Esquema de um pequeno GeoPP:
1 – reservatório de água quente; 2 – bomba de água quente; 3 – removedor de gases;
4 – evaporador; 5 – turbina a vapor com gerador de corrente; 6 – capacitor; 7 – bomba de circulação; 8 – reservatório de água de resfriamento
Essas instalações simples operavam na África já na década de 50.
Uma opção óbvia de projeto para uma usina moderna é uma usina geotérmica com uma substância de trabalho de baixo ponto de ebulição, mostrada na Figura 3. A água quente do tanque de armazenamento entra no evaporador 3, onde libera seu calor para alguma substância com baixo ponto de ebulição. Tais substâncias podem ser dióxido de carbono, vários freons, hexafluoreto de enxofre, butano, etc. O condensador 6 é um tipo de mistura, que é resfriado por butano líquido frio proveniente de um resfriador de ar de superfície. Parte do butano do condensador é fornecido pela bomba de alimentação 9 ao aquecedor 10 e depois ao evaporador 3.
Recurso importante este esquema é a capacidade de trabalhar em inverno com baixas temperaturas de condensação. Esta temperatura pode ser próxima de zero ou até negativa, pois todas as substâncias listadas possuem muito Baixas temperaturas congelando. Isso permite expandir significativamente os limites de temperatura utilizados no ciclo.
Desenho 3. Esquema de uma usina geotérmica com uma substância de trabalho de baixo ponto de ebulição:
1 – poço, 2 – tanque de armazenamento, 3 – evaporador, 4 – turbina, 5 – gerador, 6 – condensador, 7 – bomba de circulação, 8 – refrigerador de ar de superfície, 9 – bomba de alimentação, 10 – aquecedor de substância de trabalho
Geotérmico estação de energia Com direto usando vapor natural.
A usina geotérmica mais simples e acessível é usina de turbina a vapor com contrapressão. O vapor natural do poço é fornecido diretamente à turbina e depois liberado na atmosfera ou em um dispositivo que captura produtos químicos valiosos. A turbina de contrapressão pode ser alimentada com vapor secundário ou vapor obtido do separador. De acordo com este esquema, a usina opera sem capacitores e não há necessidade de compressor para remover gases não condensáveis dos capacitores. Esta instalação é a mais simples e os custos operacionais são mínimos; Ela pega pequena área, quase não requer equipamento auxiliar e pode ser facilmente adaptado como uma usina geotérmica portátil (Figura 4).
Figura 4 - Esquema de uma usina geotérmica com aproveitamento direto de vapor natural:
1 – bem; 2 – turbina; 3 – gerador;
4 – saída para a atmosfera ou para uma fábrica de produtos químicos
O esquema considerado pode ser o mais rentável para as áreas onde existem reservas suficientes de vapor natural. A operação racional oferece a oportunidade trabalho eficiente tal instalação mesmo com taxas de fluxo de poço variáveis.
Existem várias dessas estações operando na Itália. Um deles tem potência de 4 mil kW em consumo específico vapor cerca de 20 kg/s ou 80 t/h; o outro tem capacidade de 16 mil kW, onde estão instalados quatro turbogeradores com capacidade de 4 mil kW cada. Este último é fornecido com vapor de 7 a 8 poços.
Usina geotérmica com turbina de condensação e uso direto de vapor natural (Figura 5) – este é o mais esquema moderno para gerar energia elétrica.
O vapor do poço é fornecido à turbina. Passado na turbina, entra no condensador de mistura. Uma mistura de água de resfriamento e condensado de vapor já exaurido na turbina é descarregada do condensador para um tanque subterrâneo, de onde é retirada. bombas de circulação e é enviado para uma torre de resfriamento para resfriamento. Da torre de resfriamento, a água de resfriamento flui novamente para o condensador (Figura 5).
Muitas usinas geotérmicas operam de acordo com este esquema com algumas modificações: Larderello-2 (Itália), Wairakei ( Nova Zelândia) e etc
Area de aplicação usinas de circuito duplo usando substâncias de trabalho de baixo ponto de ebulição (freon-R12, mistura de água e amônia)é a utilização de calor de águas termais com temperatura de 100...200 °C, bem como de água separada em depósitos de vapor hidrotérmico.
Figura 5 - Esquema de uma usina geotérmica com turbina condensadora e uso direto de vapor natural:
1 – bem; 2 – turbina; 3 – gerador; 4 – bomba;
5 – capacitor; 6 – torre de resfriamento; 7 – compressor; 8 – redefinir
Combinado produção de energia elétrica e térmica
A produção combinada de energia elétrica e térmica é possível em usinas termelétricas geotérmicas (GeoTES).
O esquema de usina geotérmica mais simples tipo de vácuo para utilização do calor de água quente com temperaturas de até 100 °C é mostrado na Figura 6.
A operação de tal usina ocorre da seguinte forma. A água quente do poço 1 entra no tanque acumulador 2. No tanque, ela é liberada dos gases nele dissolvidos e enviada para o expansor 3, no qual é mantida uma pressão de 0,3 atm. A esta pressão e a uma temperatura de 69 °C, uma pequena parte da água transforma-se em vapor e é enviada para a turbina de vácuo 5, e a restante água é bombeada pela bomba 4 para o sistema de fornecimento de calor. O vapor exaurido na turbina é descarregado no condensador de mistura 7. Para remover o ar do condensador, um Bomba de vácuo 10. Uma mistura de água de resfriamento e condensado de vapor de exaustão é retirada do condensador pela bomba 8 e enviada para resfriamento para a torre de resfriamento de ventilação 9. A água resfriada na torre de resfriamento é fornecida ao condensador por gravidade devido ao vácuo.
Verkhne-Mutnovskaya GeoTPP com capacidade de 12 MW (3x4 MW) é um estágio piloto da Mutnovskaya GeoTPP com capacidade projetada de 200 MW, criada para fornecer energia à região industrial de Petropavlovsk-Kamchatsky.
Figura 6 -. Diagrama de uma usina geotérmica a vácuo com um expansor:
1 – poço, 2 – tanque de armazenamento, 3 – expansor, 4 – bomba de água quente, 5 – turbina de vácuo 750 kW, 6 – gerador, 7 – condensador de mistura,
8 – bomba de água de resfriamento, 9 – torre de resfriamento de ventilador, 10 – bomba de vácuo
Na Usina Geotérmica Pauzhetskaya (ao sul de Kamchatka) com capacidade de 11 MW, apenas o vapor geotérmico separado da mistura vapor-água obtida de poços geotérmicos é usado em turbinas a vapor. Uma grande quantidade de água geotérmica (cerca de 80 consumo total de PVA) com uma temperatura de 120 °C é descarregada no rio Ozernaya, o que leva não apenas à perda do potencial térmico do refrigerante geotérmico, mas também significativamente piora a condição ecológica do rio.
Bombas de calor
Bomba de calor- um dispositivo para transferir energia térmica de uma fonte de energia térmica de baixo teor com baixa temperatura para um consumidor de refrigerante com maior Temperatura alta,. Termodinamicamente, uma bomba de calor é uma máquina de refrigeração invertida. Se em máquina de refrigeração o objetivo principal é produzir frio removendo calor de qualquer volume pelo evaporador, e o condensador descarrega calor em ambiente, então numa bomba de calor o quadro é o oposto (Figura 7). O condensador é um trocador de calor que produz calor para o consumidor, e o evaporador é um trocador de calor que utiliza calor de baixo grau localizado em reservatórios, solos, águas residuais etc. Dependendo do princípio de funcionamento, as bombas de calor são divididas em compressão e absorção. As bombas de calor de compressão são sempre acionadas por um motor elétrico, enquanto as bombas de calor de absorção também podem utilizar o calor como fonte de energia. O compressor também precisa de uma fonte de calor de baixa qualidade.
Durante a operação, o compressor consome eletricidade. A relação entre a energia térmica gerada e a energia elétrica consumida é chamada de coeficiente de transformação (ou coeficiente de conversão de calor) e serve como indicador de eficiência bomba de calor. Este valor depende da diferença dos níveis de temperatura no evaporador e no condensador: quanto maior a diferença, menor será este valor.
Por tipo de refrigerante nos circuitos de entrada e saída, as bombas são divididas em seis tipos: “água subterrânea”, “água-água”, “ar-água”, “ar-solo”, “água-ar”, “ar-ar”.
Ao utilizar a energia do solo como fonte de calor, a tubulação por onde circula o líquido fica enterrada no solo 30-50 cm abaixo do nível de congelamento do solo em uma determinada região (Figura 8). Para instalar uma bomba de calor com capacidade de 10 kW é necessário um circuito de terra com 350-450 m de comprimento, para cuja instalação será necessário um terreno com uma área de cerca de 400 m² (20x20 m).
Figura 7 – Diagrama de funcionamento da bomba de calor
Figura 8 – Utilização da energia do solo como fonte de calor
As vantagens das bombas de calor incluem, em primeiro lugar, a eficiência: para transferir 1 kWh de energia térmica para o sistema de aquecimento, a instalação da bomba de calor necessita de gastar 0,2-0,35 kWh de eletricidade. Todos os sistemas funcionam em circuito fechado e praticamente não necessitam de funcionamento. custos, além do custo da eletricidade necessária para operar o equipamento, que pode ser obtido em usinas eólicas e solares. O período de retorno do investimento para bombas de calor é de 4 a 9 anos, com uma vida útil de 15 a 20 anos antes de grandes reparos.
Valores reais As eficiências das bombas de calor modernas são da ordem de COP = 2,0 a uma temperatura da fonte de -20 °C, e da ordem de COP = 4,0 a uma temperatura da fonte de +7 °C.
Os recursos de energia geotérmica na Rússia têm potencial industrial, incluindo energia. As reservas de calor da Terra com uma temperatura de 30-40 °C (Fig. 17.20, ver encarte colorido) estão disponíveis em quase todo o território da Rússia, e em regiões individuais Existem recursos geotérmicos com temperaturas de até 300 °C. Dependendo da temperatura, os recursos geotérmicos são utilizados em diversas indústrias economia nacional: indústria de energia elétrica, aquecimento urbano, indústria, agricultura, balneologia.
Em temperaturas de recursos geotérmicos acima de 130 °C, é possível gerar eletricidade usando circuito único usinas geotérmicas(GeoES). No entanto, várias regiões da Rússia possuem reservas significativas de águas geotérmicas com temperaturas mais baixas da ordem de 85 ° C e superiores (Fig. 17.20, ver encarte colorido). Neste caso, é possível obter eletricidade a partir de um GeoPP com ciclo binário. As usinas binárias são estações de circuito duplo que usam seu próprio fluido de trabalho em cada circuito. As estações binárias às vezes também são classificadas como estações de circuito único que operam com uma mistura de dois fluidos de trabalho - amônia e água (Fig. 17.21, consulte o encarte colorido).
As primeiras usinas geotérmicas na Rússia foram construídas em Kamchatka em 1965-1967: Pauzhetskaya GeoPP, que opera e atualmente produz a maior parte eletricidade barata em Kamchatka, e o Paratunka GeoPP com ciclo binário. Posteriormente, cerca de 400 GeoPPs com ciclo binário foram construídos no mundo.
Em 2002, o Mutnovskaya GeoPP com duas unidades de energia com capacidade total de 50 MW foi colocado em operação em Kamchatka.
O esquema tecnológico da usina prevê a utilização de vapor obtido pela separação em duas etapas de uma mistura vapor-água retirada de poços geotérmicos.
Após a separação, o vapor com pressão de 0,62 MPa e grau de secura de 0,9998 entra em uma turbina a vapor de dois fluxos com oito estágios. Um gerador com potência nominal de 25 MW e tensão de 10,5 kV opera em conjunto com uma turbina a vapor.
Para garantir a limpeza ambiental em esquema tecnológico A usina está equipada com um sistema de bombeamento de condensado e separador de volta às camadas terrestres, além de evitar emissões de sulfeto de hidrogênio na atmosfera.
Os recursos geotérmicos são amplamente utilizados para fins de aquecimento, especialmente no uso direto de água geotérmica quente.
Baixo potencial fontes geotérmicasÉ aconselhável utilizar calor com temperatura de 10 a 30 °C através de bombas de calor. Uma bomba de calor é uma máquina projetada para transferir energia interna de um refrigerante de baixa temperatura para um refrigerante de alta temperatura usando influências externas para realizar o trabalho. O princípio de funcionamento da bomba de calor baseia-se no ciclo reverso de Carnot.
A bomba de calor, consumindo kW de energia elétrica, fornece ao sistema de aquecimento 3 a 7 kW de energia térmica. O coeficiente de transformação varia dependendo da temperatura da fonte geotérmica de baixo grau.
Bombas de calor encontradas ampla aplicação em muitos países do mundo. A instalação de bomba de calor mais potente funciona na Suécia com uma capacidade térmica de 320 MW e utiliza o calor da água do Mar Báltico.
A eficiência da utilização de uma bomba de calor é determinada principalmente pela relação entre os preços dos equipamentos eléctricos e energia térmica, bem como o coeficiente de transformação, indicando quantas vezes mais energia térmica é produzida em comparação com a energia elétrica (ou mecânica) despendida.
A operação das bombas de calor é mais econômica durante o período de cargas mínimas no sistema de energia. Sua operação pode ajudar a nivelar os cronogramas de carga elétrica do sistema de energia.
Literatura para auto estudo
17.1.Uso energia da água: livro didático para universidades / ed. Yu.S. Vasilyeva. -
4ª ed., revisada. e adicional M.: Energoatomizdat, 1995.
17.2.Vasiliev Yu.S., Vissarionov V.I., Kubyshkin L.I. Solução hidrelétrica
Tarefas russas em um computador. M.: Energoatomizdat, 1987.
17.3.Neporozhny P.S., Obrezkov V.I. Introdução à especialidade. Energia hidroelétrica
marcação: tutorial para universidades. - 2ª ed., revisada. e adicional M: Dados energéticos,
1990.
17.4. Cálculos hídrico-energéticos e hídricos-econômicos: livro didático para universidades /
editado por DENTRO E. Vissarionova. M.: Editora MPEI, 2001.
17.5.Cálculo recursos de energia solar: livro didático para universidades / ed.
DENTRO E. Vissárionova. M.: Editora MPEI, 1997.
17.6.Recursos e eficiência no uso de fontes de energia renováveis
na Rússia / Equipe de autores. São Petersburgo: Nauka, 2002.
17.7.Dyakov A.F., Perminov E.M., Shakaryan Yu.G. Energia eólica na Rússia. Estado
e perspectivas de desenvolvimento. M.: Editora MPEI, 1996.
17.8.Cálculo recursos de energia eólica: livro didático para universidades / ed. DENTRO E. Wissa
Rionova. M.: Editora MPEI, 1997.
17.9.Mutnovsky complexo elétrico geotérmico em Kamchatka / O.V. Britvin,
Tópico: Cálculo do diagrama térmico de uma usina geotérmica
Uma usina geotérmica consiste em duas turbinas:
o primeiro opera em vapor de água saturado obtido na expansão
corpo Energia elétrica –N ePT = 3 SM;
o segundo opera com vapor refrigerante saturado - R11, que é utilizado
é devido ao calor da água retirada do expansor. Elétrico
poder - N eHT, MW.
Água de poços geotérmicos com temperatura t gv = 175 °C pós-
derrama no expansor. Vapor saturado seco é formado no expansor com
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temperatura 25 graus menos t Guardas Este vapor é enviado para o
turbina. A água restante do expansor vai para o evaporador, onde
resfriado a 60 graus e bombeado de volta para o poço. Nedog-
rugir planta de evaporação- 20 graus. Os fluidos de trabalho se expandem -
nas turbinas e entram nos condensadores, onde são resfriados com água do
rios com temperatura t xv = 5°C. O aquecimento da água no condensador é
10 ºС e subaquecimento até uma temperatura de saturação de 5 ºС.
Eficiências internas relativas das turbinas ç oi= 0,8. Eletromecânico
A eficiência técnica dos turbogeradores é çem = 0,95.
Definir:
energia elétrica de uma turbina operando com freon - N eCT e
capacidade total da usina geotérmica;
consumo de fluidos de trabalho para ambas as turbinas;
fluxo de água do poço;
Eficiência de usinas geotérmicas.
Pegue os dados iniciais da Tabela 3 para opções.
Tabela 3
Dados iniciais para a tarefa nº 3
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fora
3. Determine as entalpias em pontos característicos:
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4. Calculamos a queda de calor disponível na turbina:
PT PT
5. Encontre a queda real de calor na turbina:
NIPT =NÃO ⋅ç oi = 744,6 ⋅ 0,8 = 595,7kJ /kg .
6. Consumo de vapor (água de poço geotérmico) para regar
encontramos a turbina usando a fórmula:
DoPT =
NIPT ⋅ç Em
5,3kg /Com .
7. Fluxo de água do poço geotérmico para o evaporador e para
Encontramos toda a usina geotérmica em geral a partir do sistema de equações:
PT ISP
Resolvendo este sistema, encontramos:
7.1 fluxo de água de um poço geotérmico para o evaporador:
hGW −HP
2745,9 − 733,25
733,25 − 632, 25
7.2 Fluxo geral de água de um poço geotérmico
DGW = 5,3 + 105,6 = 110,9kg /Com .
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8. A taxa de fluxo de freon na segunda turbina é encontrada a partir da equação do calor
balanço total:
ISP vykhI XT XT
onde ç E= 0,98 - eficiência do evaporador.
⋅ç E ⋅
HP −hexitar
105,6 ⋅ 0,98 ⋅
632,25 − 376,97
114,4kg /Com .
9. Energia elétrica da segunda turbina operando com refrigerante
inferior, determinado pela fórmula:
Onde HiXT = (HP −hHT)ç oi- diferença de calor real em segundo
XT XT T
10. A potência elétrica total da usina geotérmica será igual a:
GeoTESXT
11. Vamos encontrar a eficiência do GeoTES:
ç GeoTES
GeoTES
D −h
⎜ ⎜D
N eGeoTES
⎛ ⎛ 5,3 105,6 ⎞ ⎞
⎝ 110,9 110,9 ⎠ ⎠
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CÁLCULO DA CENTRAL GEOTÉRMICA
Vamos calcular o circuito térmico de uma usina geotérmica do tipo binário, conforme.
Nossa usina geotérmica consiste em duas turbinas:
O primeiro opera com vapor de água saturado obtido em um expansor. Energia elétrica - ;
O segundo opera com vapor saturado do refrigerante R11, que evapora devido ao calor da água retirada do expansor.
A água dos poços geotérmicos com pressão pgw e temperatura tgw entra no expansor. O expansor produz vapor seco saturado com pressão de pp. Este vapor é enviado para uma turbina a vapor. A água restante do expansor vai para o evaporador, onde é resfriada e volta para o poço. Pressão de temperatura na unidade de evaporação = 20°C. Os fluidos de trabalho se expandem nas turbinas e entram nos condensadores, onde são resfriados com água do rio à temperatura ambiente. Aquecimento da água no condensador = 10°C e subaquecimento até a temperatura de saturação = 5°C.
Eficiências internas relativas das turbinas. Eficiência eletromecânica dos turbogeradores = 0,95.
Os dados iniciais são apresentados na Tabela 3.1.
Mesa 3.1. Dados iniciais para cálculo do GeoPP
Diagrama esquemático de um GeoPP do tipo binário (Fig. 3.2).
Arroz. 3.2.
De acordo com o diagrama da Fig. 3.2 e com os dados iniciais realizamos cálculos.
Cálculo do circuito turbina a vapor, operando com vapor de água seco saturado
Temperatura do vapor na entrada do condensador da turbina:
onde está a temperatura da água de resfriamento na entrada do condensador; - aquecimento de água no condensador; - diferença de temperatura no condensador.
A pressão do vapor no condensador da turbina é determinada a partir de tabelas de propriedades da água e do vapor d'água:
Queda de calor disponível por turbina:
onde está a entalpia do vapor seco saturado na entrada da turbina; - entalpia ao final do processo teórico de expansão do vapor na turbina.
Consumo de vapor do expansor para a turbina a vapor:
onde é relativo interno Eficiência do vapor turbinas; - eficiência eletromecânica de turbogeradores.
Cálculo do expansor de água geotérmica
Equação de equilíbrio térmico do expansor
onde está a vazão de água geotérmica do poço; - entalpia da água geotérmica de um poço; - fluxo de água do expansor para o evaporador; - entalpia da água geotérmica na saída do expansor. É determinado a partir de tabelas de propriedades da água e do vapor d'água como a entalpia da água fervente.
Equação de balanço de material do expansor
Ao resolver essas duas equações juntas, é necessário determinar e.
A temperatura da água geotérmica na saída do expansor é determinada a partir das tabelas de propriedades da água e do vapor d'água como a temperatura de saturação à pressão no expansor:
Determinação de parâmetros em pontos característicos do circuito térmico de uma turbina operando em freon
Temperatura do vapor Freon na entrada da turbina:
Temperatura do vapor Freon na saída da turbina:
A entalpia do vapor refrigerante na entrada da turbina é determinada por diagrama de ph para freon na linha de saturação em:
240kJ/kg.
A entalpia do vapor de freon na saída da turbina é determinada a partir do diagrama de pH do freon na intersecção das linhas e da linha de temperatura:
220kJ/kg.
A entalpia do freon em ebulição na saída do condensador é determinada a partir do diagrama de ph do freon na curva do líquido em ebulição por temperatura:
215kJ/kg.
Cálculo do evaporador
Temperatura geotérmica da água na saída do evaporador:
Equação de equilíbrio de calor do evaporador:
onde está a capacidade térmica da água. Tome =4,2kJ/kg.
A partir desta equação é necessário determinar.
Cálculo da potência de uma turbina operando com freon
onde está a eficiência interna relativa da turbina Freon; - eficiência eletromecânica de turbogeradores.
Determinação da potência da bomba para bombear água geotérmica para um poço
onde está a eficiência da bomba, assumida como 0,8; - volume específico médio de água geotérmica.