wolan tme (1).docx

1. Podad rodzaje i postacie energii, przemiany energii pierwotnej w energię wtórną i jednostki energii. Omówid podstawowe przemiany energetyczne mające istotne znaczenie w praktyce.

Pr zemi a n y e n e r g e t y c zn e polegają na przetwarzaniu energii z jednej postaci na inną lub na zmianie

parametrów nośnika energii. Energia doprowadzana do pojedynczego ogniwa przemiany nazywa się energią

wejściową, a energia oddawana przez to ogniwo jest energią wyjściową. Różnica pomiędzy energią

wejściową a wyjściową może polegać tylko na zmianie parametrów tego samego nośnika, czyli na jego

t r a n s f o rma c j i , albo na zmianie rodzaju nośnika, będącej k o nwe r s j ą energii.

W przyrodzie występują liczne źródła energii pierwotnej. Energię tę pozyskuje się przez wykorzystanie

istniejących zasobów energetycznych, które mogą być odnawialne lub nieodnawialne. Największe znaczenie

praktyczne mają obecnie za s o b y n i e o d n awi a l n e , z których pozyskuje się energię w postaci paliw

pierwotnych - organicznych i jądrowych, będących nośnikami energii pierwotnej. Nazywa się je także

s u r owc ami e n e r g e t y c zn ymi . Pozyskiwanie energii pierwotnej z za s o b ów o d n awi a l n y c h ,

których znaczenie ciągle rośnie, polega na wykorzystaniu energii cieków wodnych, energii geotermicznej,

biomasy i wiatru, a przede wszystkim niewyczerpalnych zasobów energii słonecznej.

W odniesieniu do przemian energetycznych i zasobów energii mają zastosowanie różne jednostki. Poniżej

zestawiono jednostki i ich przeliczenia wg Światowej Rady Energetycznej i IEA (International Energy

Agency):

Jednostka podstawowa w układzie SI: dżul – 1 J = 1 N × 1 m×s-2 = 1 W×s

Paliwo umowne:

ekwiwalent ropy – ton of oil equivalent (paliwo o wartości opałowej 10000 kcal/kg)

1 toe = 10×106 kcal = 10 Gcal = 41,87 GJ/Mg

ekwiwalent węgla – ton of coal equivalent (paliwo o wartości opałowej 7000 kcal/kg)

1 tce = 1 tpu = 7×106 kcal = 7 Gcal = 0,7 toe = 29,308 GJ

2. Zdefiniowad wartośd opałową i ciepło spalania paliwa. Scharakteryzowad paliwa energetyczne: węgiel, ropa, gaz ziemny i metan z pokładów węgla i wysypisk komunalnych, paliwa LPG, biomasa.

Ciepło spalania to ilość energii, która ulega wyzwoleniu podczas spalenia danej substancji. Jeżeli produktem spalania jest para wodna, do ciepła spalania wchodzi również ciepło kondensacji pary wodnej. Oczywiście zakładamy, że spali się całe paliwo (spalanie całkowite) i że spalanie jest zupełne (tzn. w spalinach nie ma palnych substancji).

Gdy rozpatrywana jest wartość opałowa, mamy do czynienia z tą samą ilością energii, ale już skraplania pary wodnej nie uwzględniamy. Pozostałe warunki są bez zmian.

Ponieważ są to wielkości podobne pod względem definicji, ale dość różne liczbowo, ważne jest zwracanie uwagę przy wszelkich tabelkach czy zestawieniach na to, która wielkość jest podawana.

Jeżeli dane są obie wielkości, a nie wiadomo, z której należy skorzystać, trzeba dowiedzieć się, jaką temperaturę będą mieć spaliny po opuszczeniu urządzenia. Jeżeli poniżej 100°C, wtedy można zakładać, że w urządzeniu para wodna ze spalin się skropli (jak jest to np. w kotłach kondensacyjnych) i obowiązującą wielkością będzie ciepło spalania. Jeżeli ta temperatura jest wyższa (np. w silnikach spalinowych), należy skorzystać z wartości opałowej.

Poniższa tabela przedstawia wartości opałowe najpopularniejszych paliw silnikowych.

3. Wyjaśnid i rozróżnid pojęcie maszyn od pojęcia urządzeo cieplnych. Dokonad ogólnego podziału ze względu na typy i funkcje. Oznaczenia na schematach i rys historyczny pozyskiwania energii.

Maszyna cieplna – zespół urządzeń energetycznych realizujący zamknięty cykl przemian (obieg termodynamiczny), w wyniku których następuje wymiana energii między układem mechanicznym, a dwoma zbiornikami ciepła o różnych temperaturach [1].

Silnik cieplny

Silnik cieplny to urządzenie, które zamienia energię termiczną (cieplną) w energię mechaniczną (praca)[1][2][3][4][5] lub elektryczną[6].

Pompa ciepła

Pompa ciepła to urządzenie, które ogrzewa obszar o temperaturze wyższej poprzez podnoszenie ciepła z obszaru o niższej temperaturze do tego obszaru [2].

Chłodziarka

Chłodziarka to urządzenie, którego celem jest obniżenie temperatury jakiegoś ciała do temperatury niższej od temperatury otoczenia [3].

Cieplne maszyny przepływowe

Maszynami cieplnymi są także maszyny przepływowe o przepływie ciągłym (maszyny wirnikowe) lub okresowym (maszyny tłokowe), jeżeli wewnątrz maszyny występuje istotna zmiana temperatury czynnika roboczego [4]. Przykładami maszyn przepływowych są: sprężarki i turbiny.

Urządzenie cieplne – urządzenie służące do zamiany energii mechanicznej na energię wewnętrzną. Współczesne urządzania cieplne najczęściej są nierozerwalnie połączone z silnikami elektrycznymi, które przekazują im energię mechaniczną. Idea urządzenia cieplnego jest odwróceniem idei silnika cieplnego.

4. Dokonad klasyfikacji współczesnych elektrowni cieplnych i omówid blok energetyczny.

Rozróżnia się następujące rodzaje elektrowni cieplnych:

·         parowe (z turbinami parowymi)

·         gazowe (z turbinami gazowymi)

·         gazowo-parowe z turbinami gazowymi, parowymi i kotłem odzyskowym

·         spalinowe (z silnikami tłokowymi).

Na blok energetyczny elektrowni cieplnej składają się: urządzenia podstawowe (kocioł parowy, silnik Diesla), turbina spalinowa, turbina parowa, generator synchroniczny, skraplacz, pompa wody zasilającej, transformator oraz urządzenia pomocnicze pracujące na potrzeby bloku energetycznego (młyny, pompy, wentylatory), instalacje odsiarczania i odazotowania spalin, wymienniki regeneracyjne, zbiornik wody zasilającej z odgazowywaczem, wzbudnica, rurociągi wody i pary, smoczki, zawory, taśmociągi, podajniki i wiele innych.

5. Podad przemiany w porównawczym obiegu Clausiusa-Rankine'a modelującym siłownię kondensacyjną oraz maszyny i urządzenia występujące w prostej siłowni kondensacyjnej.

Obieg Rankine'a (dokładniej obieg Clausiusa-Rankine'a) jest obiegiem porównawczym dla procesów, w których zachodzi parowanie i skraplanie czynnika roboczego np. dla konwencjonalnych lub jądrowych siłowni parowych, agregatów chłodziarek.

Jest on złożony z następujących przemian:

·         1 - 2 - izentropowego (adiabatycznego) rozprężania pary w turbinie parowej,

·         2 - 3 - izobarycznego skroplenia rozprężonej pary (odprowadzenia ciepła w skraplaczu),

·         3 - 4 - izentropowego, pompowania kondensatu w pompie,

·         4 - 1 - izobarycznego podgrzewania cieczy (wody), jej odparowania oraz przegrzewania powstałej pary w kotle parowym lub wytwornicy pary.

Sprawność obiegu dla wody może wynosić 0,4-0,6, w praktyce bliższa dolnej granicy, co wynika z odchyłek przemian od założeń teoretycznych obiegu (np. nieizentropowe rozprężanie pary w turbinie, spadki ciśnienia w wymiennikach ciepła w kotle, etc.).

Obieg ten jest znacznie bliższy rzeczywistości dla cyklu, w którym zachodzi przemiana fazowa gaz - ciecz w porównaniu z obiegiem Carnota, który jest cyklem zachodzącym tylko dla gazu.

Czynnikiem roboczym (termodynamicznym) w cyklu Rankine'a jest w zastosowaniach technicznych (energetyce) najczęściej woda. Wynika to z wielu względów, m.in. z jej bardzo łatwej dostępności oraz obojętności dla środowiska. Niekiedy pojawiają się tzw. ORC, Organic Rankine Cycle, obiegi Rankine'a wykorzystujące jako czynnik roboczy węglowodory, co pozwala na pracę przy niższych temperaturach górnego źródła ciepła obiegu. Dzięki temu możliwe jest wykorzystanie np. ciepła geotermalnego do produkcji energii elektrycznej.

Schemat instalacji cyklu. Ke - kocioł parowy, T - turbina, G - generator, Ko - skraplacz, Sp - pompa wody zasilającej

Cykl w układzie p-V

Cykl w układzie T-s

6. Podad charakterystyczne parametry siłowni. Sprawnośd chwilowa obiegu. Entalpowa i entropowa analiza obiegu siłowni parowej.

· rodzaj turbiny z punktu widzenia sposobu wykorzystania energii cieplnej pary

odprowadzonej z turbiny (kondensacyjna, przeciwpręŜna, upustowo-kondensacyjna,

upustowo-przeciwpręŜna);

· moc znamionowa;

...