Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

Это исследование представляет оптимальную работу когенерационной установки, производящей воду и электричество.Была установлена ​​модель, использующая коллекторы с параболическими желобами (КПЖ), использующие расплавленную соль в качестве рабочего тела для солнечного острова, который обменивается теплом с простым паровым циклом Ренкина.Таким образом, паровая турбина вырабатывает достаточное количество электроэнергии, используемой для удовлетворения всех потребностей завода, включая потребность в установке опреснения воды обратным осмосом (ОO).Кроме того, установка многоступенчатого мгновенного испарения (ММИ) действует как конденсатор для предлагаемой системы, в полной мере используя горячий пар, выходящий из турбинной установки, для опреснения морской воды.Результаты отображаются с учетом оптимальной работы завода в течение года с учетом количества пресной воды и электроэнергии, производимых в течение всего года с использованием пакета MATLAB / Simulink.Ежемесячная оценка дает максимальную производительность 16000 м3/день и 2000 м3/день пресной воды могут быть произведены на заводах ММИ и OO соответственно в июле вместе с 12,65 МВт может быть поставлено в сеть после удовлетворения всех потребностей завода.

Египет ищет новаторские подходы к решению растущего спроса на воду и энергию, используя богатые возобновляемые источники энергии, доступные благодаря своему географическому положению.Потребность в воде и энергии в основном обусловлена ​​стремительными темпами роста населения и быстрым ростом промышленности, необходимым для развития.Внедрение солнечной энергии было основной областью развития управления по новым и возобновляемым источникам энергии (НВИЭ) из-за высокой солнечной освещенности Египта и подходящих климатических условий, необходимых для использования энергии, особенно с использованием коллекторов концентрированной солнечной энергии (КСЭ).

Используются четыре основных технологии использования коллекторов КСЭ;Коллектор с параболическим желобом (КПЖ), линейный отражатель Френеля (ЛОФ), концентрированная солнечная башня (КСБ) и параболическая стерлинговая тарелка.

Параболические желоба могут быть объединены с паровыми электростанциями, вырабатывающими электричество, или выступать в качестве источника тепла для солнечного опреснения, производящего пресную воду.Таким образом, солнечное опреснение является важным решением проблемы нехватки воды в Египте.Опреснение морской воды можно разделить на два основных класса: термическое опреснение и мембранное опреснение.Эффективность обоих методов опреснения интенсивно экспериментально и теоретически исследовалась несколькими исследователями, которые пришли к выводу, что многоступенчатое опреснение (МСО) и многоступенчатого мгновенного испарения (ММИ) имеют заметное превосходство над большинством методов теплового опреснения при рассмотрении надежности, скорости восстановления и т.д. и капитальные вложения в крупномасштабное производство.Однако термическое опреснение - это энергоемкий процесс, требующий альтернативного источника тепла, кроме ископаемого топлива.Несколько исследований были сосредоточены на представлении инновационных подходов к снабжению установок теплового опреснения с высокими требованиями к энергии, например, с использованием возобновляемых источников энергии;использование солнечной и ядерной энергии.Более того, обратный осмос (ОO) классифицируется как наиболее зрелый метод мембранного опреснения, который может быть коммерчески реализован просто по сравнению с другими методами мембранного опреснения.Кроме того, метод обратного опреснения имеет преимущество, поскольку он работает при высоком давлении с использованием мембранных пор наименьшего размера по сравнению с другими методами мембранного опреснения, обеспечивающими более высокую эффективность мембранного разделения.

В этом исследовании современная солнечная когенерационная установка описывается и моделируется с использованием программного пакета MATLAB/Simulink.Новизна этого исследования заключается в создании инструмента прогнозирования, позволяющего прогнозировать выходную производительность предлагаемого завода, что означает возможность реализации такого завода в конкретном месте.

Согласно предыдущему обзору, больше внимания было сосредоточено на объединении электростанций, использующих солнечную энергию в качестве источника тепла, с опреснительными установками, будь то тепловые, с использованием высоких температур пара на выходе из турбины или мембранного опреснения с использованием доли произведенной электроэнергии.Значительное количество исследований сосредоточено на когенерационных солнечных установках, генерирующих пресную воду и электричество параллельно.Эти и многие другие исследования делают вывод о возможности гибридизации между солнечными электростанциями и опреснительными установками и их преимуществом по соотношению цена/качество, особенно в развивающихся странах.Таким образом, основная цель данного исследования - изучить практичность реализации когенерационной установки, работающей на принципах солнечного парового цикла Ренкина, в сочетании с опреснительной установкой, выступающей в качестве конденсатора системы.

Кроме того, добавляется установка обратного осмоса для компенсации продуктивности пресной воды в периоды низкой солнечной освещенности.

Показано на рис.1 принципиальная схема предлагаемой системы для гибридной установки, состоящей из параболических желобных коллекторов, питающих систему горячим солевым расплавом в которых он хранится в двух резервуарах, обеспечивающих подачу тепла модели в ночное время.

Затем расплав соли проходит через теплообменник для передачи тепла пару, текущему к турбинной установке.Следовательно, перегретый пар, входящий в турбину, расширяется и выходит из турбины при температуре (113–120 ° C), подходящей для работы установки ММИ, в которой он действует как конденсатор.Кроме того, электричество, вырабатываемое паровой турбиной, используется для покрытия всех требований модели, включая нагрузку обратного осмоса, а оставшаяся выработка электроэнергии поставляется в сеть.

Рис. 1.Предлагаемая конфигурация системы.

Предлагаемая модель разделена на шесть различных блоков, работающих параллельно.

В следующем разделе показана математическая модель для каждого блока отдельно, которые сгруппированы вместе в установленной модели MATLAB.

1.1.Модель PTC

Коллектор - это сердце любой солнечной энергетической системы.Производительность таких систем солнечной энергии в значительной степени зависит от части солнечной инсоляции, которая передается рабочему телу, что может быть выражено с помощью мгновенного КПД коллектора как функции солнечной освещенности, средней температуры коллектора и температуры окружающей среды, как в уравнении.

Подставляя эффективность КПЖ в уравнениедает при расчете доступной полезной тепловой мощности.

1.2.Резервуары для хранения

Резервуары для хранения включены в систему, чтобы обеспечить непрерывность производства в ночное время.Требуемый объем хранения выражается в формуле рассчитывается на основе требуемой тепловой нагрузки, часов работы и состояния хранящегося в нем расплавленной соли.Кроме того, необходимая работа насоса накопительного бака рассчитывается, как показано в формуле.

1.3.Теплообменник

Теплообменник обеспечивает паровую турбину необходимой тепловой мощностью.Таким образом, с использованием баланса энергии рассчитывается требуемый массовый расход пара.Кроме того, исходя из эффективности теплообменника, температура расплавленной соли на выходе определяется по формуле.

1.4.Модель турбинного агрегата

Для предлагаемого модельного подхода очень важно определить энтальпию пара на выходе из турбины, чтобы она соответствовала оптимальной температуре пара, поступающего в опреснительную установку.Таким образом, работа турбины рассчитывается по формулена основе массового расхода пара.

1.5.Многоступенчатая установка мгновенного опреснения

Основные уравнения для модели ММИ могут быть выражены с использованием формул, полученных из математической модели, проиллюстрированной в «Основах опреснения соленой воды» Эль-Дессуки и Эттуни. Для известного соотношения солености между рассолом и питательной водой объемный расход дистиллятного продукта получают с помощью уравнения.

Падение температуры стадии, выраженное в формуле рассчитывается на основе заданной температуры верхнего рассола (ТВР), температуры рассола последней ступени (Tр) и количества ступеней (N)

Из уравненийрасход рециркулирующего рассола рассчитывается, как показано в уравнении.Соответственно, соленость рециркулируемого рассола выражается на основе уравнения баланса концентрации соли в формуле.

1.6.Установка обратного осмоса

Формулы, используемые при моделировании установки обратного осмоса, основаны на базовой конфигурации опреснительных установок обратного осмоса, которые в основном основаны на коэффициенте регенерации мембраны и свойствах исходной воды.Расход питательной воды рассчитывается в соответствии с требуемой дистиллятной водой, как выражено в формуле.Кроме того, концентрация дистиллятной соли определяется, как указано в формулес использованием процента отторжения соли в соответствии с типом мембраны, используемой в системе.

Кроме того, вычисления, используемые для осмотического давления для стороны подачи, стороны рассола, стороны продукта дистиллята и среднего осмотического давления (ΔΠ) рассчитываются, чтобы выдвинуть гипотезу о разнице чистого давления на мембране, как в формулекоторый, следовательно, используется в формуле для расчета номинальной мощности насоса, используемого в установке обратного осмоса.

В этом исследовании предложен новый подход для когенерационных станций, использующий соединение солнечной тепловой паровой электростанции с двумя различными методами опреснения (ММИ и OO).В предыдущей литературе нет ни экспериментальных, ни теоретических результатов для предложенной конфигурации системы.

Во-первых, солнечное поле с использованием модели параболических желобных коллекторов проверяется на солнечной электростанции после внесения изменений, необходимых в соответствии с входными условиями завода. Модель тестируется в тех же стандартных условиях дневного режима:прямое солнечное излучение700 Вт/м2и температура окружающей среды 20°C.Номинальный массовый расход теплоносителя составляет 250 кг/с, при температуре на входе 293°C и температуре на выходе 393°C.Аналогичные условия применяются к представленной модели, и температура на выходе рассчитывается, записывая значение 395,95°C с погрешностью 0,75%. Модель которая успешно прошла испытания на опреснительной установке состоит из одного нагревателя рассола в качестве источника тепла, 17 ступеней для секции рекуперации тепла и трех ступеней для секции отвода тепла.Подобные входные условия применяются к представленной модели для расчета количества пресной воды, производимой за день.Полученная в результате производительность 4986,97 м3/сутки, что по сравнению с производительностью существующей установки в 5000 м3/сутки, приведет к приемлемой ошибке 0,26%.

Среднегодовые значения производительности воды и электроэнергии были рассчитаны, чтобы подчеркнуть рентабельность установки.Кроме того, были рассчитаны годовые производственные затраты на производство пресной воды и электроэнергии, чтобы указать на целесообразность строительства завода.

Таблица 4.Основные выходные параметры для предлагаемой модели когенерационной установки.

Модель была создана для изучения практичности объединения концентрированной солнечной электростанции с двумя различными методами опреснения воды.В данном исследовании предложенная модель состоит из параболических желобных коллекторов, действующих как источник тепла для парового цикла Ренкина за счет обмена теплом между расплавленной солью и паром.Использование резервуаров для хранения тепла имело решающее значение для определенных регионов нашей страны, учитывая покрытие общей потребности в пресной воде.Два резервуара для хранения тепла интегрированы в систему для обеспечения непрерывного производства, будь то ночью или при низкой солнечной радиации.В местах с низким спросом на пресную водусхемы прямого производства пара могут быть интегрированы с небольшими установками термического опреснения, обеспечивающими переменную производительность в течение года.Паровая турбина соединена с установкой термического опреснения, которая используется в системе в качестве конденсатора для парового цикла Ренкина.Вспомогательная установка обратного осмоса подключена к генератору установки с целью увеличения производительности пресной воды для удовлетворения потребностей в регионе.Результаты представлены в виде графиков для определения ожидаемой производительности системы на ежемесячной основе.Параметрическое исследование показывает, что солнечное поле площадью 250 000 мстремясь увеличить продуктивность пресной воды для удовлетворения потребностей в регионе.Результаты представлены в виде графиков для определения ожидаемой производительности системы на ежемесячной основе.

Параметрическое исследование показывает, что солнечное поле площадью 250 000 мстремясь увеличить продуктивность пресной воды для удовлетворения потребностей в регионе.Результаты представлены в виде графиков для определения ожидаемой производительности системы на ежемесячной основе.Параметрическое исследование показывает, что солнечное поле площадью 250 000 м2имеет опыт поставки в общей сложности 16 000 м3/день опресненной воды в дополнение к 12,65 МВт, поставленным в сеть в наилучших условиях в июле.Однако в январе продуктивность воды снизилась до 12 250 м3/сут и 9,0 МВт, что является минимальной производительностью с учетом наихудших условий эксплуатации. В заключение, предложенная система когенерации доказала свою технологическую осуществимость.