תחנות כוח המבוססות על משאבות חום. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

תחנות כוח המבוססות על משאבות חום. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מקורות אנרגיה חלופיים

מבוא

אספקת החום ברוסיה, עם החורפים הארוכים והקשים למדי, דורשת עלויות דלק גבוהות מאוד, הגבוהות כמעט פי 2 מעלות אספקת החשמל. החסרונות העיקריים של מקורות אספקת חום מסורתיים הם יעילות אנרגטית נמוכה (במיוחד בבתי דוודים קטנים), יעילות כלכלית וסביבתית (אספקת חום מסורתית היא אחד ממקורות הזיהום העיקריים בערים הגדולות). בנוסף, תעריפי הובלה גבוהים לאספקת נושאי אנרגיה מחמירים את הגורמים השליליים הגלומים באספקת חום מסורתית.

אי אפשר שלא לקחת בחשבון חיסרון תרמודינמי רציני כמו היעילות האקזרית הנמוכה של שימוש באנרגיה הכימית של דלק למערכות אספקת חום, שבמערכות חימום היא 6-10%.

עלויות גבוהות במיוחד עבור רשתות חום, שהן כנראה האלמנט הכי לא אמין במערכות הסקה מחוזית. שיעור התאונות הספציפי לצנרת בקוטר 1400 מ"מ הוא תאונה אחת בשנה לכל ק"מ אורך, ולצינורות בקוטר קטן יותר - כשש תאונות. אם ניקח בחשבון שהאורך הכולל של רשתות החימום ברוסיה הוא 1 אלף ק"מ, ו-650 אלף ק"מ צריכים להיות מוחלפים לחלוטין, ברור שבנייה ותחזוקה של רשתות חימום תקינות דורשות עלויות התואמת את העלות של תחנות כוח תרמיות או בתי דוודים מחוזיים.

כל הגורמים השליליים המפורטים של אספקת חום מסורתית דורשים בדחיפות שימוש אינטנסיבי בשיטות לא מסורתיות.

אחת מהשיטות הללו היא שימוש מועיל בחום טבעי מפוזר בטמפרטורה נמוכה (5-30 מעלות צלזיוס) או בחום פסולת תעשייתי לאספקת חום באמצעות משאבות חום.

משאבות חום, בשל העובדה שהן חוסכות מרוב החסרונות המפורטים של הסקה מחוזית, מצאו שימוש נרחב בחו"ל, אם בשנת 1980 היו כ-3 מיליון התקנות משאבות חום בארה"ב, 0,5 מיליון ביפן, 0,15 במערב. אירופה, 1993 מיליון, אז בשנת 12 המספר הכולל של מתקני משאבות חום הפועלים (HPU) במדינות מפותחות עלה על 1 מיליון, והתפוקה השנתית היא יותר ממיליון. ייצור המוני של משאבות חום הוקם כמעט בכל המדינות המפותחות. על פי תחזית ועדת האנרגיה העולמית, עד שנת 2020 במדינות המתקדמות חלקם של אספקת החימום והמים החמים בעזרת משאבות חום יעמוד על 75%.

כינויים, מדדים וקיצורים בסיסיים

סימון כמות

c - קיבולת חום, kJ / (ק"ג? K);
d הוא תכולת הלחות של אדי מים באוויר, ק"ג/ק"ג;
G - זרימת מסה, ק"ג/שנ;
H - ירידת חום, J/kg, kJ/kg;
h - אנטלפיה, J/kg, kJ/kg;
p - לחץ, Pa, kPa;
n - מהירות, 1/c;
N - כוח, W, kW, MW;
q - צריכת חום ספציפית, J/J, kJ/kJ;
Q - כמות החום, W, kW, MW;
s - אנטרופיה, J/(ק"ג K), J/(ק"ג K);
t - טמפרטורה, מעלות צלזיוס;
T - טמפרטורה, K;
v - נפח ספציפי, m3/kg;
x היא מידת היובש בקיטור;
h - יעילות;
h m - יעילות מכנית;
p היא מידת העלייה (ירידה) בלחץ;
s הוא גורם שימור הלחץ.

מדדים

לאוויר;
vd - מים;
vl - רטוב;
vn - פנימי;
ל - סופית;
cond - עיבוי;
p - קיטור;
ס"מ - תערובת;
cf - בינוני;
יבש - יבש;
p - מחושב;
s - רוויה;
i - פנימי;
0 - ראשוני; הֶסדֵר; נָקוּב;
g - נוזל.

קיצורים

יעילות - גורם יעילות;
HPP - יחידת משאבת חום.

איך פועלת משאבת חום

עקרון הפעולה של משאבת חום נובע מיצירותיו של קרנו ומהתיאור של מחזור קרנו, שפורסם בעבודת הדוקטורט שלו בשנת 1824. מערכת משאבת חום מעשית הוצעה על ידי ויליאם תומסון (לורד קלווין) בשנת 1852. למטרות חימום. בהצדקת הצעתו, כבר אז, ציין תומסון כי משאבי האנרגיה המוגבלים לא יאפשרו שריפה רציפה של דלק בתנורים לחימום וכי מכפיל החום שלו יצרוך פחות דלק מאשר תנורים רגילים. משאבת החום המוצעת של תומסון (HP) השתמשה באוויר כנוזל העבודה. האוויר הסביבתי נשאב לתוך הגליל, התרחב תוך כדי התקררות, ולאחר מכן עבר דרך מחליף חום, שם הוא חומם על ידי האוויר החיצוני. לאחר דחיסה ללחץ אטמוספרי, האוויר מהגליל נכנס לחדר המחומם, מחומם לטמפרטורה מעל הסביבה. למעשה, מכונה דומה יושמה בשווייץ. תומסון הצהיר שה-HP שלו מסוגלת להפיק את החום הנדרש תוך שימוש רק ב-3% מהאנרגיה המשמשת לחימום.

מתקני משאבות חום פותחו עוד רק בשנות ה-20 וה-30 של המאה ה-20, כאשר המתקן הראשון שנועד לחימום ואספקת מים חמים באמצעות חום האוויר שמסביב נוצר באנגליה. לאחר מכן, החלו עבודות בארה"ב, שהובילו ליצירת מספר מפעלי הדגמה.

מפעל משאבות החום הגדול הראשון באירופה הופעל בציריך בשנים 1938-1939. הוא השתמש בחום של מי הנהר, מדחס סיבובי וחומר קירור. הוא סיפק חימום של בניין העירייה עם מים בטמפרטורה של 60 C בהספק של 175 קילוואט. הייתה מערכת אחסון חום עם דוד חשמלי לכיסוי עומס השיא. בחודשי הקיץ המתקן פעל לקירור. בתקופה שבין 1939 ל-1945 נוצרו עוד 9 מתקנים כאלה על מנת לצמצם את צריכת הפחם בארץ. חלקם פועלים בהצלחה כבר יותר מ-30 שנה.

אז, בשנת 1824, קרנו השתמש לראשונה במחזור התרמודינמי כדי לתאר את התהליך, והמחזור הזה נשאר הבסיס הבסיסי להשוואה איתו ולהערכת היעילות של HP. ניתן לחשוב על משאבת חום כמנוע חום הפוך. מנוע החום מקבל חום (איור 1.1.1) ממקור בטמפרטורה גבוהה ומשליך אותו בטמפרטורה נמוכה, מה שנותן עבודה מועילה. משאבת חום דורשת עבודה כדי לייצר חום בטמפרטורות נמוכות ולספק אותו בטמפרטורות גבוהות יותר.

תחנות כוח המבוססות על משאבות חום
איור.1.1.1. דיאגרמה תרמודינמית של משאבת חום ומנוע חום. 1 - משאבת חום; 2 - מנוע חום.

ניתן להראות שאם שתי המכונות הללו הפיכות (כלומר, תהליכים תרמודינמיים אינם מכילים חום או הפסדי עבודה), אז יש גבול סופי ליעילות של כל אחת מהן, ובשני המקרים זהו היחס Qн/ W. אם זה לא היה כך, אז ניתן היה לבנות מכונת תנועה מתמדת פשוט על ידי חיבור מכונה אחת לאחרת. רק במקרה של מנוע חום, יחס זה נכתב בצורה W/Qn ונקרא יעילות תרמית, בעוד שלמשאבת חום הוא נשאר בצורה Qn/W ונקרא מקדם המרת החום (Kt).

אם נניח שחום מסופק איזותרמית בטמפרטורה TL ומוסר איזותרמית בטמפרטורה TH, והדחיסה וההתפשטות מתבצעות באנטרופיה קבועה (איור 1.1.2), העבודה מסופקת ממנוע חיצוני, אזי מקדם ההמרה עבור מחזור קרנו ייראה כך: Кт = TL /( TN - TL ) + 1 = TN / ( TN - TL )

תחנות כוח המבוססות על משאבות חום
איור 1.1.2

לפיכך, אף משאבת חום לא יכולה לקבל ביצועים טובים יותר, וכל המחזורים המעשיים רק מממשים את הרצון להתקרב ככל האפשר לגבול זה.

סיווג משאבות חום

נכון לעכשיו, נוצרו ומופעלים מספר רב של מתקני משאבות חום, הנבדלים בתוכניות תרמיות, נוזלי עבודה וציוד בשימוש. לפי ייעודם של מחלקות שונות של מיצבים, במקורות הספרותיים המוכרים לנו, אין דעה אחת מבוססת, ישנם ייעודים ומונחים שונים.

בהקשר זה יש חשיבות רבה לסיווג המתקנים המאפשר לשקול את נכסיהם בהתאם לקבוצה כזו או אחרת. ניתן לסווג את כל סוגי התקנות משאבות חום לפי מספר מאפיינים דומים. כל אחד מהם משקף רק תכונה אופיינית אחת של המתקן, לכן, בהגדרה של התקנת משאבת חום, עשויות להיות שתי תכונות או יותר.

הסיווג של מתקני משאבות חום צריך להתבצע בעיקר לפי מחזורי הפעולה שלהם. ישנם מספר סוגים עיקריים של משאבות חום:

משאבות חום מדחס אוויר;
משאבות חום עם דחיסת אדים מכנית (מחזור דחיסת אדים);
משאבות חום ספיגה;
משאבות חום המבוססות על השימוש באפקט Rank;
משאבות חום המבוססות על שימוש במחזור Rankine כפול;
משאבות חום הפועלות על מחזור סטירלינג;
משאבות חום הפועלות על מחזור Brayton;
משאבות חום תרמו-אלקטריות.
- תא דלק הפוך;
משאבות חום המשתמשות בחום היתוך;
משאבות חום באמצעות אפקט מכנוכימי;
משאבות חום המשתמשות באפקט המגנטו-קלוריות.

ניתן לשלב את כל משאבות החום, על פי עקרון האינטראקציה של גופים עובדים, לשתי קבוצות עיקריות: 1) מחזור פתוח, שבו הגוף העובד נלקח ומשוחרר לסביבה החיצונית; 2) מחזור סגור, שבו נוזל העבודה נע לאורך מעגל סגור, באינטראקציה עם מקור וצרכן החום רק באמצעות חילופי חום במכשירים מסוג משטח.

ישנם HPI חד ודו-שלביים ומדורגים, וכן HPIs עם חיבור סדרתי של נושאי חום מחוממים ומקוררים עם תנועתם הנגדית.

בתיאום מראש: נייח ונייד, לצבירת אנרגיה תרמית והובלה וסילוק פסולת חום שלה.

לפי ביצועים: גדול, בינוני, קטן.

לפי משטר טמפרטורה: טמפרטורה גבוהה, טמפרטורה בינונית וטמפרטורה נמוכה.

לפי אופן הפעולה: נייח, לא נייח, רציף או מחזורי, לא נייח עם מצבר אנרגיה תרמית.

לפי סוג הקירור: אוויר, אמוניה, פריאון, על תערובות של חומרי קירור.

לפי סוג האנרגיה הנצרכת: מונע על ידי מנוע חשמלי או טורבינת גז או טורבינת גז, הפועלים על משאבי אנרגיה משניים וכו'.

ראה מאמרים אחרים סעיף מקורות אנרגיה חלופיים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

PNY CS900 960 GB Solid State Drive 10.03.2018

PNY Technologies הכריזה על סדרת כונן מוצק (SSD) CS900 חדשה, המיועדת לשימוש במחשבים ניידים ומחשבים נייחים.

התקן האחסון עשוי בפורמט 2,5 אינץ'; עובי המארז הוא 7 מ"מ. החיבור משתמש בממשק Serial ATA 3.0 הסטנדרטי, המספק תפוקה של עד 6 Gb/s.

PNY Technologies מציבה את המוצר החדש כחלופה לכונן הקשיח המסורתי. בנוסף, הכונן מתאים היטב לתפקיד אחסון נתוני מולטימדיה - תמונות וסרטונים.

המכשיר מיוצר באמצעות שבבי זיכרון פלאש תלת מימדיים NAND. מהירות הקריאה הרציפה של המידע מגיעה ל-3 MB/s, מהירות הכתיבה הרציפה - 535 MB/s.

מידות פריטים חדשים הם 100 על 70 על 7 מ"מ, משקל - 45 גרם. הזמן המוצהר הממוצע בין תקלות מגיע ל-2 מיליון שעות. פקודות TRIM וכלי ניטור SMART נתמכים

מחיר ה- PNY CS900 SSD הוא 250 דולר. המכשיר מגיע עם שלוש שנות אחריות.

עוד חדשות מעניינות:

▪ הדינוזאור הגדול באירופה

▪ 35 דקות הליכה ביום מפחיתות את הסיכון לשבץ מוחי

▪ אוברקלוקינג מעבדים אלף פעמים

▪ סמארטפון שבעה אינץ' סמסונג גלקסי J Max

▪ אינטרנט לוויני עבור אפריקה

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר עבור הבנאי, אומן הבית. מבחר מאמרים

▪ מאמר משוך את הרצועה. ביטוי עממי

▪ מאמר היכן שימשו תנינים לשמירה על הבית במקום כלבים? תשובה מפורטת

▪ מאמר מעצב ראשי של מחלקת ההפקה של מחלקת שידורי הטלוויזיה. תיאור משרה

▪ מאמר טכנולוגיה דיגיטלית. מַדרִיך

▪ מאמר טביעות אצבע - איך להפוך אותן לגלויות. ניסיון כימי

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר