Elektrownie oparte na pompach ciepła. Schemat, opis

Bezpłatna biblioteka techniczna

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Schematy urządzeń radioelektronicznych i elektrycznych

Elektrownie oparte na pompach ciepła. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii

Komentarze do artykułu

Wprowadzenie

Zaopatrzenie w ciepło w Rosji, z jej długimi i dość surowymi zimami, wymaga bardzo wysokich kosztów paliwa, które są prawie 2 razy wyższe niż koszty dostawy energii elektrycznej. Głównymi wadami tradycyjnych źródeł zaopatrzenia w ciepło są niska efektywność energetyczna (zwłaszcza w małych kotłowniach), ekonomiczna i ekologiczna (tradycyjne ciepłownictwo jest jednym z głównych źródeł zanieczyszczeń w dużych miastach). Ponadto wysokie taryfy transportowe za dostawę nośników energii pogłębiają negatywne czynniki nieodłącznie związane z tradycyjnym zaopatrzeniem w ciepło.

Nie sposób nie wziąć pod uwagę tak poważnej wady termodynamicznej, jak niska efektywność egzergii wykorzystania energii chemicznej paliwa do systemów zaopatrzenia w ciepło, która w systemach grzewczych wynosi 6-10%.

Ekstremalnie wysokie koszty sieci ciepłowniczych, które są prawdopodobnie najbardziej zawodnym elementem w systemach ciepłowniczych. Specyficzny wskaźnik wypadkowości dla rurociągów o średnicy 1400 mm wynosi jeden wypadek rocznie na 1 km długości, a dla rurociągów o mniejszej średnicy około sześciu wypadków. Biorąc pod uwagę, że łączna długość sieci ciepłowniczych w Rosji wynosi 650 tys. km, a 300 tys. kotłownie okręgowe.

Wszystkie wymienione negatywne czynniki tradycyjnego zaopatrzenia w ciepło wymagają pilnego intensywnego stosowania nietradycyjnych metod.

Jedną z takich metod jest korzystne wykorzystanie rozpraszanego niskotemperaturowego (5-30°C) ciepła naturalnego lub przemysłowego ciepła odpadowego do zaopatrzenia w ciepło za pomocą pomp ciepła.

Pompy ciepła dzięki temu, że pozbawiona jest większości wymienionych wad ciepłownictwa, znalazły szerokie zastosowanie za granicą, jeśli w 1980 roku w USA było około 3 milionów instalacji pomp ciepła, w Japonii 0,5 miliona, w krajach zachodnich 0,15 Europa, 1993 mln, następnie w 12 r. łączna liczba pracujących instalacji pomp ciepła (HPU) w krajach rozwiniętych przekroczyła 1 mln, a roczna produkcja przekracza 2020 mln. Masowa produkcja pomp ciepła powstała niemal we wszystkich krajach rozwiniętych. Według prognozy Światowego Komitetu Energetycznego do 75 roku w krajach rozwiniętych udział ogrzewania i ciepłej wody za pomocą pomp ciepła wyniesie XNUMX%.

Podstawowe oznaczenia, indeksy i skróty

Oznaczenie ilości

c - pojemność cieplna, kJ / (kg? K);
d - wilgotność pary wodnej w powietrzu, kg/kg;
G - przepływ masowy, kg/s;
H - spadek ciepła, J/kg, kJ/kg;
h - entalpia, J/kg, kJ/kg;
p - ciśnienie, Pa, kPa;
n - prędkość, 1/c;
N - moc, W, kW, MW;
q - jednostkowe zużycie ciepła, J/J, kJ/kJ;
Q - ilość ciepła, W, kW, MW;
s - entropia, J/(kg·K), J/(kg·K);
t - temperatura, °C;
T - temperatura, K;
v - objętość właściwa, m3/kg;
x to stopień suchości parowej;
h - wydajność;
h m - sprawność mechaniczna;
p jest stopniem wzrostu (spadku) ciśnienia;
s jest współczynnikiem zachowania ciśnienia.

wskaźniki

do powietrza;
vd - woda;
vl - mokry;
vn - wewnętrzny;
do - ostateczna;
cond - kondensacja;
p - para;
cm - mieszanka;
cf - średni;
suchy suchy;
p - obliczone;
s - nasycenie;
ja - wewnętrzny;
0 - początkowy; osada; nominalny;
g - ciecz.

Skróty

Wydajność - współczynnik wydajności;
HPP - jednostka pompy ciepła.

Zasada działania pompy ciepła

Zasada działania pompy ciepła wynika z prac Carnota i opisu obiegu Carnota, opublikowanego w jego rozprawie w 1824 r. Praktyczny system pompy ciepła zaproponował William Thomson (Lord Kelvin) w 1852 r. do celów grzewczych. Już wtedy uzasadniając swoją propozycję Thomson wskazywał, że ograniczone zasoby energii nie pozwolą na ciągłe spalanie paliwa w piecach do ogrzewania, a jego mnożnik ciepła będzie zużywał mniej paliwa niż piece konwencjonalne. Proponowana przez firmę Thomson pompa ciepła (HP) wykorzystywała powietrze jako płyn roboczy. Powietrze z otoczenia było zasysane do cylindra, rozprężane podczas ochładzania, a następnie przepuszczane przez wymiennik ciepła, gdzie było ogrzewane powietrzem zewnętrznym. Po sprężeniu do ciśnienia atmosferycznego powietrze z cylindra trafia do ogrzewanego pomieszczenia, gdzie zostaje ogrzane do temperatury wyższej od otoczenia. W rzeczywistości podobną maszynę wdrożono w Szwajcarii. Thomson stwierdził, że jego HP jest w stanie wytworzyć wymagane ciepło, zużywając jedynie 3% energii zużywanej na ogrzewanie.

Dalszy rozwój instalacji pomp ciepła nastąpił dopiero w latach 20. i 30. XX wieku, kiedy to w Anglii powstała pierwsza instalacja przeznaczona do ogrzewania i dostarczania ciepłej wody użytkowej z wykorzystaniem ciepła otaczającego powietrza. Następnie rozpoczęto prace w USA, co doprowadziło do powstania kilku zakładów demonstracyjnych.

Pierwsza duża elektrownia pomp ciepła w Europie została uruchomiona w Zurychu w latach 1938-1939. Wykorzystywał ciepło wody rzecznej, sprężarkę rotacyjną i czynnik chłodniczy. Zapewniała ona ogrzewanie ratusza wodą o temperaturze 60C mocą 175 kW. Do pokrycia obciążenia szczytowego zastosowano system magazynowania ciepła z grzałką elektryczną. W miesiącach letnich instalacja służyła do chłodzenia. W okresie od 1939 do 1945 roku powstało jeszcze 9 takich instalacji w celu zmniejszenia zużycia węgla w kraju. Niektóre z nich z powodzeniem działają od ponad 30 lat.

Tak więc w 1824 roku Carnot po raz pierwszy użył cyklu termodynamicznego do opisania procesu, a cykl ten pozostaje podstawową podstawą do porównywania z nim i oceny wydajności HP. Pompę ciepła można traktować jako odwrócony silnik cieplny. Silnik cieplny odbiera ciepło (ryc. 1.1.1) ze źródła o wysokiej temperaturze i oddaje je w niskiej temperaturze, dając użyteczną pracę. Pompa ciepła wymaga pracy, aby wytworzyć ciepło w niskich temperaturach i dostarczyć je w wyższych temperaturach.

Elektrownie oparte na pompach ciepła
Rys.1.1.1. Schemat termodynamiczny pompy ciepła i silnika cieplnego. 1 - pompa ciepła; 2 - silnik cieplny.

Można pokazać, że jeśli obie te maszyny są odwracalne (tj. procesy termodynamiczne nie zawierają strat ciepła ani pracy), to istnieje skończona granica sprawności każdej z nich i w obu przypadkach jest to stosunek Qn/ W. Gdyby tak nie było, można by zbudować perpetuum mobile po prostu łącząc jedną maszynę z drugą. Tylko w przypadku silnika cieplnego stosunek ten jest zapisany w postaci W/Qn i nazywany jest sprawnością cieplną, natomiast w przypadku pompy ciepła pozostaje w postaci Qn/W i nazywany jest współczynnikiem konwersji ciepła (Kt).

Jeżeli przyjmiemy, że ciepło jest dostarczane izotermicznie w temperaturze TL i izotermicznie odbierane w temperaturze TH, a sprężanie i rozprężanie odbywa się przy stałej entropii (rys. 1.1.2), praca jest dostarczana z zewnętrznego silnika, to współczynnik konwersji dla cykl Carnota będzie wyglądał następująco: Кт = TL /( TN - TL ) + 1 = TN / ( TN - TL )

Elektrownie oparte na pompach ciepła
Ris.1.1.2

Tak więc żadna pompa ciepła nie może mieć lepszej wydajności, a wszystkie praktyczne cykle realizują jedynie chęć zbliżenia się jak najbardziej do tej granicy.

Klasyfikacja pomp ciepła

Obecnie powstała i jest eksploatowana duża liczba instalacji pomp ciepła, różniących się schematami cieplnymi, płynami roboczymi i zastosowanym wyposażeniem. Zgodnie z określeniem różnych klas instalacji, w znanych nam źródłach literackich nie ma jednej ugruntowanej opinii, występują różne oznaczenia i terminy.

Pod tym względem klasyfikacja instalacji ma ogromne znaczenie, co umożliwia rozważenie ich właściwości zgodnie z jedną lub drugą grupą. Wszystkie typy instalacji pomp ciepła można sklasyfikować według wielu podobnych cech. Każda z nich odzwierciedla tylko jedną charakterystyczną cechę instalacji, dlatego w definicji instalacji pompy ciepła mogą występować dwie lub więcej cech.

Klasyfikacji instalacji pomp ciepła należy dokonywać przede wszystkim ze względu na ich cykle pracy. Istnieje kilka głównych typów pomp ciepła:

Pompy ciepła ze sprężarką powietrza;
pompy ciepła z mechaniczną kompresją pary (cykl kompresji pary);
absorpcyjne pompy ciepła;
pompy ciepła oparte na wykorzystaniu efektu Ranga;
pompy ciepła oparte na wykorzystaniu podwójnego obiegu Rankine'a;
pompy ciepła pracujące w cyklu Stirlinga;
pompy ciepła pracujące w cyklu Braytona;
termoelektryczne pompy ciepła.
- odwrócone ogniwo paliwowe;
Pompy ciepła wykorzystujące ciepło syntezy jądrowej;
pompy ciepła wykorzystujące efekt mechanochemiczny;
pompy ciepła wykorzystujące efekt magnetokaloryczny.

Wszystkie pompy ciepła, zgodnie z zasadą współdziałania ciał roboczych, można podzielić na dwie główne grupy: 1) obieg otwarty, w którym ciało robocze jest pobierane i uwalniane do środowiska zewnętrznego; 2) obieg zamknięty, w którym płyn roboczy porusza się po obiegu zamkniętym, oddziałując ze źródłem i odbiorcą ciepła tylko poprzez wymianę ciepła w aparatach powierzchniowych.

Istnieją jedno- i dwustopniowe oraz kaskadowe HPI, a także HPI z szeregowym połączeniem ogrzewanych i chłodzonych nośników ciepła z ich ruchem przeciwprądowym.

Do uzgodnienia: stacjonarne i mobilne, do akumulacji energii cieplnej oraz jej transportu i odprowadzania ciepła odpadowego.

Według wydajności: duży, średni, mały.

Według reżimu temperaturowego: wysoka temperatura, średnia temperatura i niska temperatura.

W zależności od trybu pracy: stacjonarny, niestacjonarny, ciągły lub cykliczny, niestacjonarny z akumulatorem energii cieplnej.

Według rodzaju czynnika chłodniczego: powietrze, amoniak, freon, na mieszaninach czynników chłodniczych.

Według rodzaju zużywanej energii: napędzane silnikiem elektrycznym lub turbiną gazową lub turbiną gazową, pracujące na wtórnych źródłach energii itp.

Zobacz inne artykuły Sekcja Alternatywne źródła energii.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Rzep zagraża naturze Antarktydy 05.10.2006

Australijscy botanicy szczegółowo przestudiowali ubrania i sprzęt naukowców udających się na antarktyczną wyspę Macquarie.

Za pomocą pęsety i potężnego odkurzacza zebrali wszystkie nasiona, zarodniki i fragmenty roślin z odzieży i sprzętu. Spośród 64 członków ekspedycji tylko 20 nie miało przedstawicieli flory. Z pozostałych zebrano 981 eksponatów, należących do 90 gatunków roślin, z których wiele ma skłonność do szybkiego rozmnażania i jest groźnych dla delikatnego ekosystemu Antarktyki.

Niektóre nasiona były ukryte w kieszeniach, za mankietami, w szwach ubrań, wełnianych skarpetkach i prążkowanych podeszwach butów, ale większość przylgnęła do zapięć na rzepy.

Ironia polega na tym, że rzep został wymyślony na wzór sadzonek łopianu, wyposażony w wiele ostrych zakrzywionych haczyków i zaprojektowany specjalnie do rozprowadzania nasion tej rośliny na sierści biegających zwierząt.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Nowa technologia zamiast bolesnych zastrzyków

▪ Kontrola ruchu ciała drona

▪ Czarna dziura nie może być cięższa niż 50 miliardów słońc

▪ Grafen gnieciony na sztuczne mięśnie

▪ pachnące gniazda

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Wzmacniacze mocy RF. Wybór artykułu

▪ artykuł O zmarłych - albo dobrze, albo nic. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Dlaczego wieśniak z Eugeniusza Oniegina zmiażdżył muchy? Szczegółowa odpowiedź

▪ Artykuł Ogrodnik. Opis pracy

▪ artykuł Wykonanie skali domowych urządzeń wskazujących. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Zastosowanie mikroukładów rodziny TL494 w przekształtnikach mocy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn