Использование температурного перепада
Использование температурного перепада между нижними слоями воды и воздухом
В нетрадиционной возобновляемой энергетике используется также энергетический потенциал, заключенный в разнице температур между нижними и верхними слоями воды водоемов или нижними слоями воды и наружным воздухом.
Примером такой установки может быть разработанная институтом химии твердого топлива (ИХТТ) и институтом теплофизики (ИТ) Сибирского отделения Российской Академии наук (СО РАН) малая энергетическая установка, использующая естественный температурный перепад между подледной водой и наружным воздухом.
Естественные температурные перепады в природе присутствуют практически везде и бывают часто весьма значительны. Перепад температур между поверхностными и глубинными слоями океана достигают 15...20 К и свидетельствуют об огромном запасе тепловой энергии. Значительно большая разность температур между горячим источником и окружающим воздухом или водой в реке в долине гейзеров. Температура воздуха и воды в горной реке Средней Азии может различаться на 25...30 К. И даже в условиях Сибири и Крайнего Севера имеется перепад температур между водой подо льдом и наружным воздухом. Таким образом, практически повсеместно имеется возможность создания энергетических установок, использующих тепловой потенциал, базирующийся на разности температур между слоями одной или разных сред. В установках с замкнутым циклом (Ренкина), испаряясь, легкокипящая жидкость такая, как фреон, аммиак, после турбины конденсируется в конденсаторе и возвращается в парогенератор. В установках с разомкнутым циклом теплая вода поверхностного слоя океана вскипает в испарительном участке с низким давлением, затем пар расширяется в турбине и конденсируется в контактном теплообменнике на холодной воде, забираемой с глубины порядка 1000 м.
Температурный перепад в зимний период между подледной водой и наружным воздухом составляет 20...40°С. Этого достаточно, чтобы обеспечить работоспособность малых энергетических установок мощностью 1...2 кВт.
Рис.1. Установка ИХМТТ для получения энергии (1...2 кВт)
за счет перепада температур между проточной водой
подо льдом и наружным холодным воздухом:
1 - котел, 2 - турбина, 3 - генератор,
4 - циркулярный насос, 5 - конденсатор, 6 – вентилятор
Расчет термодинамического цикла
Мощность установки 1...2 кВт;
Температура пара перед турбиной 0°С
Расчетная температура пара за турбиной 20...40°С
Подогрев охлаждающего воздуха в конденсаторе 5 К
КПД турбины 0,7
Результаты расчета приведены ниже.
Для мощности турбины равной 1,5 кВт имеем:
Расход пара на расчетном режиме 0,0729 кг/с;
Объемный расход пара 0,019 м3;
Расход воздуха через конденсатор 7,419 кг/с;
Объемный расход воздуха 5,087 м3;
В расчетном режиме КПД цикла составляет 7,1%
На рис.1 показана разработанная ИХМТТ и ИТ СО РАН компактная энергетическая установка для получения энергии мощностью 1...2 кВт, реализующая температурный перепад между проточной водой подо льдом какого-либо водоема и холодным наружным воздухом с основными расчетными параметрами термодинамического цикла.
Установка реализует замкнутый цикл Ренкина и содержит следующие элементы (рис.1): котел - 1, турбина - 2, генератор - 3, циркуляционный насос для перекачки конденсата - 4, конденсатор - 5, вентилятор с электроприводом для подачи холодного воздуха в конденсатор - 6.
Конструкция содержит электронный блок, управляющий включением омической нагрузки при сбросе внешней нагрузки. Кроме того, предусмотрен преобразователь постоянного тока в переменный со стабилизированным напряжением 220 В, 50 Гц. При проектировании энергетической установки учитывались основные эксплуатационные принципы: автономность в работе, простота запуска и эксплуатации, достаточная мобильность, простота монтажа и демонтажа, хранения в летний период времени.
Другие статьи по данной теме:
- Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)
- Виды и классификация ВИЭ
- Возобновляемые энергетические ресурсы в мире и перспективы их использования
- Возобновляемые энергетические ресурсы России и перспективы их использования
- Сравнительные технико-экономические показатели для энергетических установок в традиционном исполнении и с использованием ВИЭ
- Факторы, стимулирующие использование ВИЭ
- Состояние и перспективы использования ВИЭ в мире и России
- Принципы и технологические особенности энергетических установок на НВИЭ
- Состояние и перспективы использования ВИЭ по основным видам
- Состояние и перспективы развития нетрадиционной энергетики в России
- Состояние и перспективы развития геотермальной энергетики в России
- Состояние и перспективы развития ветроэнергетики в России
- Состояние и перспективы развития малой гидроэнергетики в России
- Развитие приливных электростанций в России
- Развитие солнечной энергетики (гелиоэнергетики) в России
- Состояние и перспективы развития тепловых насосов в России
- Использование температурного перепада между нижними слоями воды и воздухом
- Автономные микроТЭС с тепловым двигателем внешнего сгорания
- Использование биомассы