Солнечная энергетическая установка по циклу Ренкина

 
 
 

Розрахунок  циклу Ренкіна

   Теплоносій  типа калію має характерну діаграму, яка показана на мал.1. Для цієї діаграми в координатах Т-8 властиві симетричні лінії насичення рідини і пара (нижня та верхня гранична крива) та від'ємний кутовий коефіцієнт лінії  насичення пара.

   На  мал.1 зображені цикли Ренкіна, взяті при однаковій максимальній температурі Т і різних тисках Рі *>Р, ">Р,"' у точках Г,Г',Г" на вході в турбіну. В кінці політропніх процесів розширення у турбіні 1-2 в точках 2' , 2 ",2"' тиск пару прийнятий однаковим. Процеси 1'-2' закінчуються у області вологого пару при деякому мінімально припустимому ступені сухості  х_доп ; процес 1’'-2"- на лінії насиченого пара, а

процес  1’"-2"'- в області перегрітого пару. Відвід теплоти у конденсаторі відбувається в процесах 2-3-4, а процеси 4-5 відповідають підвищенню тиску- конденсату в насосах. Підвід тепла у парогенераторі описується процесами 5'-6'-1 при пароутворенні до лінії насичення і 5-6-7-1 у випадку перегріву пара.

   Мінімально    припустима    ступінь    сухості   х_доп   обмежується ерозійною стійкістю турбінних лопаток і зниженням внутрішнього ККД турбіни η_іт головним чином із-за скольження капель конденсату відносно потоку насиченого пару. Відносне зменшення ККД турбіни практично лінійно залежить від степені сухості х, 
 
 

     

     

мал..1 Термодинамічний  цикл Ренкіна  с робочим тілом типа калій.

     η_{і твл}= η_{і т}[1-b(1-x)],

       b=0,7-0,8.

Звичайно  приймають  х_доп=0,85-0,9

Чим більше тривалість процесу перегріву пару 2-1, тім цикли сильніш 

відрізняються від циклу Карно. Їх внутрішнє ККД знижується за рахунок зменшення внутрішньої роботи турбіни.

    l_IT=i₁-i₂,

де: i₁, i₂- ентальпії робочого тіла на вході в турбіну і на виході з неї у політропному  процесі   розширення   і   збільшення   кількості   відводимої теплоти q₂= i₂-i₄, оскільки

η_і=l_i/q_i=(1+q₂/l_i)^-1,

де: l_i = l_iт- l_н внутрішня робота циклу;

 1_Н - робота насосу.

     Таким чином, перегрів пару в циклі Ренкіна при Ті<Т_кр термодинамічно не корисний. Але при заданому тепло перепаді на турбіні l_IT=i₁-i₂ перегрів може бути необхідним для забезпечення сухості пару на  
 
 

     виході  із турбіни, не менш ретельно припустимої, аж  до х = 1.

    З термодинамічної точки зору треба  починати процес розширення у турбіні  від лінії насиченого пару(при  х = 1). По мірі зменшення тиску Р₂ і степені сухості пару х₁ за турбіною відбувається значне збільшення l_IT=i₁-i₂ та 1_ел   аж до мінімально припустимої сухості пару х_доп=0,87 і відповідного мінімального тиску Р₂ і температури Т₂ за турбіною.

Вибираю максимальну  температуру калію в циклі 1100 К.

           Находимо відповідну степінь концентрації, припускаючи, що для полосного приймача А=Е=1 
 

де: Е_с- сонячна стала, дорівнює 1395  Вт/м²

δ=5,67·10^-8  Вт/м²·К⁴  - стала Стефана- Больцмана.

     Знаючи  задану корисну потужність енергетичної установки і припускаючи, що сумарний ККД  ЕУ η_ец дорівнює 0,2-0,26, розраховуємо   теплову потужність,що підводиться 
 

Визначаємо  площину поверхні концентратора  сонячного випромінювання

       )

   Робота 1 кг пару при спрацюванні на турбіні  визначається із відношення  l_T=i₁-i₂ приймаю Т₂=1040 К, тоді і₁=2790 (кДж/кг), і₁=2769,6 (кДж/кг) 
 
 
 

       

       

       l_T=2790-2769,6=10,4 (кДж/кг)

    Визначаю  теплову потужність, яка підводиться до робочого контуру

       Q_п=Q·η_кон·η_пр=25000·0,92·0,92=24160  (Вт),

       де  η_кон-ККД концентратора, приймаємо рівним 0,92

       η_пр- ККД приймача, приймаємо рівним  0,92