Иногда просто удивительно, насколько люди готовы основывать универсальность своих знаний об окружающем их мире на примерах из повседневной жизни.
Например, у каждого перед глазами при словах "Наш паровоз вперёд летит", скорее всего, встанет перед глазами вот такая картинка:
А теперь - гипотетически представьте себе, что вместо обычной для паровоза воды мы зальём в локомотив фреон и заставим его кипеть в котле и давить на поршни паровоза. Что поменяется на верхней картинке?
(спойлер: У паровоза пропадёт "дым из трубы". Который, не дым, а водяной пар. Который, на самом деле - сконденсировавшиеся в результате расширения водяного пара мельчайшие капельки жидкой воды.)
Фреон, в отличии от воды, при расширении в турбине или паровой машине, не конденсируется до состояния жидкости. Это его базовое термодинамическое отличие от воды, которое, как мы поймём ниже, позволяет проделывать с фреонами некоторые инженерные фокусы, которые невозможно проделать с водой.
Конденсация воды в поршневой паровой машине в конце цикла расширения пара, в принципе, безвредна. В конечном счёте, Steampunk даже как-то немыслим без весёлого паровозика, мчащегося куда-то в красивых клубах водяного пара (точнее - водяного конденсата, но это уже, я надеюсь, понятно всем читающим). Правда, КПД паровозика, как мы помним, всё-таки оказывается ниже всяких разумных пределов, потребных для нового общества, которое уже будет лишено на переходном этапе "от нефти к термояду", дешёвой и доступной первичной энергии.
Внутри же вращающейся с высокой скоростью паровой турбины, которая как раз даёт нам пристойный КПД получения электроэнергии, конденсация водяного пара на последних ступенях не приводит ни к чему хорошему. Именно поэтому тепловые электростанции крайне неохотно любят опускать ниже 30% от их номинала - на таких режимах работы конденсация водяного пара на последних ступенях паровых турбин приводит вот к таким печальным последствиям:
Как видите, даже высококачественная сталь буквально "разъедается" водяным конденсатом - в реалиях работы современных паровых турбин мельчайшие капельки иногда врезаются в их лопасти на скоростях, близких к скорости звука.
С чем же связано такое уникальное качество фреона?
Тут нам надо будет немного погрузиться в термодинамику - я лишь постараюсь изложить все детали процессов максимально доступно для неподготовленного читателя. Если у кого-то в процессе изложения термодинамических приколов и закосоввдруг повиснут интеллектуальные паруса - можно сразу идти к выводам. Они - в конце статьи, жирненьким. ;)
Любая тепловая машина работает в рамках какого-нибудь термодинамического цикла. Если мы говорим о "холостом ходе дизеля - 400 оборотов в минуту", то это означает, что наш дизельный мотор успевает за 1 минуту совершить 400 термодинамических циклов имени товарища Дизеля. Эти циклы Дизеля в нашем двигателе последовательно включают в себя фазу всасывания воздуха, фазу его сжатия, впрыск дизельного топлива, фазу рабочего хода и фазу удаления продуктов сгорания из цилиндров двигателя. При этом полезную работу двигатель Дизеля совершает только на фазе рабочего хода, а все остальные фазы необходимы только для обеспечения работы самого устройства.
Диаграмма T-s идеального цикла Дизеля. Полезная работа совершается на участке CD. Объяснение смысла диаграммы T-s - ниже по тексту.
При увеличении числа оборотов растёт число циклов Дизеля за единицу времени - мы можем снимать с двигателя большую мощность, даже если в каждом из циклов мощность будет неизменной.
Идеальным циклом тепловой машины является так называемый цикл Карно. Это - идеальный случай тепловой машины, "альфа и омега" прикладной термодинамики, её священный Грааль и сферический конь - одновременно. В реальности он нигде не реализован, но абстракция этого цикла очень важна для оценки всех прикладных идей, как, например, важна абстракция математической точки для доказательства всех теорем геометрии.
Цикл Карно
Предложил этот цикл для оценки тепловых машин в середине XIX века французский учёный Сади Карно. Цикл подразумевает, что расширение, сжатие, передача энергии рабочему телу и забор избыточной энергии от него идут максимально (в идеале - бесконечно) долго и без каких-либо дополнительных потерь на трение, уход энергии через стенки рабочего объёма и пр. Понятное дело, реализовать такой цикл в рамках реальной тепловой машины невозможно - и, в результате, по факту человечество использует quick and dirty ways в виде реальных термодинамических циклов, в той или иной степени являющихся суррогатами идеального цикла Карно.
Для удобства расчётов все термодинамические циклы рисуют в специальных координатах "температура-энтропия" (T-s), в которых их удобно анализировать и сравнивать между собой. Наш эталон, Carnot-old-vintage-style-cycle, красив и лаконичен:
Цикл Карно. АБ-передача энергии рабочему телу, БВ-расширение рабочего тела, ВГ-забор энергии от рабочего тела, АГ-сжатие рабочего тела.
Цикл Карно позволяет получить максимальный КПД тепловой машины при заданных температурах нагревателя и холодильника. Если кто-то хочет понять - почему, может самостоятельно изучить все изобретённые человечеством термодинамические циклы и сравнить их с задумкой Сади Карно. Для нашего, сугубо прикладного понимания, достаточно знать, что данный максимальный КПД определяется отношением площадей прямоугольников АБВГ (это и есть полезная работа цикла) и АБS2S1 (это - общая энергия, затраченная на цикл). Из этого следует, что чем ближе реальный цикл к "прямоугольнику Карно", тем больший КПД мы можем ожидать от такого цикла. Полезная работа в цикле Карно, как и в цикле Дизеля осуществляется только на одном участке - на прямой БВ. Кстати, задним числом, посмотрев на диаграмму цикла Дизеля в координатах T-s можно понять, почему мы так любим старика - его диаграмма пусть и не прямоугольник Карно, но очень старается им быть.
Поэтому, если мы хотим поднимать КПД тепловых машин (а мы помним, что КПД первичной энергии всё равно будет неизбежно падать и поэтому нам надо будет в будущем бороться за каждый процент КПД в последующем преобразовании первичной энергии), то из термодинамической математики у нас для этого есть всего три пути:
1. Повышать температуру нагревателя (увеличивать прямоугольник АБВГ).
2. Понижать температуру охладителя (уменьшать прямоугольник ВГS1S2 ).
3. Использовать более "прямоугольные" термодинамические циклы.
Классическое рабочее тело - вода, широко используемое сейчас в тепловых турбинах, имеет очень неприятную кривую в координатах T-s (температура-энтропия). Ниже, на рисунках всё видно наглядно, но я объясню всё "на пальцах".
Процесс расширения пара любого вещества - будь то воды или любого органического рабочего тела - пытаются сделать максимально изэнтропическим, то есть провести практически без механических или тепловых потерь. На диаграмме T-s этот процесс соответствует вертикальной прямой, а значит, наш цикл в этой части будет хорошо повторять "идеальный прямоугольник Карно". Изэнтропическому процессу соответствует идеальная адиабата - то есть процесс свободного расширения газа или пара. Вот пример реального цикла Ренкина, который используют сейчас в паровых турбинах. В отличии от цикла Дизеля, который привязан к каждому обороту двигателя внутреннего сгорания, циклы турбин непериодичны, то есть они показывают лишь усреднённое движение всего рабочего тела в цикле. Но для термодинамики это никакой роли не играет:
Цикл Ренкина паровой турбины на воде - расположен внутри красной кривой 1-2-3-4. Расширение пара - участок 3-4.
Цикл Ренкина
В реальной жизни и поршневые машины, и турбины изэнтропически газ и пар не расширяют, поэтому процесс получения полезной энергии из цикла происходит с потерями, и вертикальная прямая адиабатического расширения на графике немного отклоняется своим нижним концом в правую сторону. На первом графике фаза полезной работы в цикле поршневой машины или турбины - это кривая 3-4.
Поскольку процесс адиабатического расширения идёт у пара и у газа с одновременной потерей и давления, и температуры - так устроен мир - то рано или поздно пар рабочего тела оказывается охлаждённым до температуры конденсации (пар из трубы паровоза). При этом прохождение "точки росы" (точка 4 на первом графике) означает, что дальнейшая работа паром производится не может, поскольку любое дальнейшее расширение пара будет только вызывать только его конденсацию (что и показано прямой 4-1). Избежать точки росы при работе на воде не получается - внутри "горбатой горы", которая дополнительно нарисована на диаграмме T-s для воды, вода охотно пребывает и в состоянии пара, и в состоянии жидкости.
Поэтому, в момент прохождения "точки росы" пар из рабочего механизма (турбины или цилиндра) - желательно удалить и использовать его дальше или в теплообменнике, или в конденсаторе, замкнув термодинамический цикл.
У воды в этот момент времени температура уже ниже точки кипения и поэтому напрямую использовать оставшееся в рабочем теле тепло для целей, отличных от отопления или поставки горячей воды населению, - невозможно.
Для увеличения КПД классического цикла Ренкина на воде приходится придумывать различные "фокусы" в дополнение к обычному расширению насыщенного пара - дополнительно перегревать пар, ставить второй перегрев пара после первой ступени расширителя, срабатывать пар неполностью и использовать часть тепла пара на "догрев" поступающей в цикл воды.
Все эти возможности можно наглядно посмотреть здесь:
Перегрев пара
Двойной перегрев пара
Двойной перегрев пара с регенерацией
Такими "фокусами" некрасивую диаграмму цикла Ренкина для воды пытаются хоть как-то "подтянуть" по площади к идеальному прямоугольнику цикла Карно. Но всё равно, на прямоугольник получается не очень похоже...
А вот органические теплоносители (фреоны и углеводороды) оказываются в этом отношении гораздо интереснее воды - их близкое к изэнтропическому расширение в поршневой машине или турбине ведёт не в область насыщенного пара ("горбатая гора" на водяном графике T-s), а в область пара перегретого. Гора оказывается не просто "горбатая", но ещё и "пьяная":
Цикл Ренкина на пентане - кривая 1-2-3-4-5-6-7. 5-6 - расширение рабочего тела через турбину или поршень. 6-7 - рекуперация тепла через теплообменник. Как видите, цикл - почти прямоугольник!
Что такое перегретый пар? Это пар, который, даже при самом жгучем своём желании не может сконденсироваться в жидкость. Хотите пример? Сухой лёд. При атмосферном давлении двуокись углерода может быть или газом (перегретым паром) или твёрдым телом (сухим льдом). Все попытки перевести её в жидкое состояние будут безуспешны. Она этого не хочет. Поэтому, как оказывается углеводород - это ещё мало того, что топливо, так ещё и очень хорошее рабочее тело для тепловой машины!
То есть, если, использовать цикл Ренкина на фреонах (или углеводородах), то можно вообще не беспокоиться о конденсации рабочего тела в турбинах. Более того - для того, чтобы замкнуть этот цикл, даже приходится искусственно отбирать тепло у фреонов, строя теплообменник после расширяющего устройства - турбины или поршня.
В процессе рекуперации тепла и отборе его от перегретого пара пентана происходит "бесплатное" испарение следующей порции рабочего тела, необходимой для начала следующего рабочего цикла, то есть тратить на это дополнительную и немалую энергию, как это происходит в случае с водой, не приходится.
Поэтому - для органического цикла Ренкина лучше иметь хороший теплообменник-рекуператор, а расширитель (турбина, поршень) может быть и весьма среднего качества (а значит - может быть дешёвым и небольшим по размеру) - лишь бы такой расширитель не заставлял помпу качать уж слишком много рабочего тела.
При этом - поскольку теплообменник обычно не содержит движущихся или вращающихся частей - сделать его хорошо гораздо легче, чем поршневую машину или турбину.
Таким образом, в качестве выводов можно сказать следующее:
1. Фреоны, в силу низких температур кипения, могут принципиально работать с гораздо более низкими температурами нагревателей (это очень важно!) и охладителей(это супер важно для России!).
2. Фреоны не создают проблем с конденсацией рабочего тела внутри рабочих органов тепловых машин.
3. Фреоны позволяют сделать тепловые машины дешёвыми, простыми и легко масштабируемыми до небольших размеров.
Закончив с теорией, в следующем материале обратимся к практике. В котором мы узнаем о солнечном Израиле, туманной Аляске и 5 атомных энергоблоках компании "Газпром". ;)
Комментарии
Хотите сразу геотермаль. Минимальный перепад температур для организации цикла Ренккина на фреонах - около 80 С°. Скрипач Дрова не нужны.
Эге, тогда и к печке можно такую штуку присобачить. Вместо совсем не впечатляющих по КПД элементов Пельте.
Это какую-такую геотермаль? Вот как эти? http://esco-ecosys.narod.ru/2005_11/art07_30.htm
Кстати, помимо цикла Ренкина с органическим рабочим телом в качестве тепловой машины способной работать на небольшом перепаде температу также стоит упомянуть и другой термодинамический цикл - водно-аммиачный цикл Калины. Ни по КПД, ни по удельной мощности машины на его базе машинам с циклом Ренкина не уступают.
Убийца- садовник! :)
Имейте терпение, право слово... Ну не могу я все идеи, которыми, на самом деле, просто переполнен современным мир, выплеснуть в один рассказ. Уже с десяток статей налопачено - а писать ещё больше надо.
Мы спасёмся, сомнений быть не может.
+1
Фреон-не такой уж и углеводород.Со всеми "вытекающими" при его вытекании:
"Фреоны (хладоны) — техническое название группы насыщенных алифатических фторсодержащих углеводородов, применяемых в качестве хладагентов, пропеллентов, вспенивателей, растворителей. Кроме атомов фтора фреоны могут содержать атомы хлора или брома[1]. Название «фреон» фирмы DuPont (США) в течение многих лет использовалось в литературе как общетехнический термин для хладагентов. В СССР и РФ укоренился термин «хладоны»[2].
Фрео́ны — галогеноалканы, фтор- и хлорсодержащие производные насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), используемые как хладагенты в холодильных машинах (например, в кондиционерах). Кроме атомов фтора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже — брома. Известно более 40 различных фреонов; большинство из них выпускается промышленностью."
Если при утечке фреона в помещении горит пламя,то образуется фосген-боевое ОВ.
Возьмите треугольник фреонов, и выбирайте себе хладагент по собственным культурным предпочтениям.
Хотите - возьмите пентан, он горюч, но безвреден. Хотите - возьмите R-245fa или R-134a - они "модные" и их DuPont педалирует. Хотите - возьмите старый R-11.
Выбор - велик.
И, кстати, в следующей части у меня запланирован пожар на фреоновой установке на Аляске. Обещаю - будет весело и все в конце будут живы. Дотерпите? ;)
Хватит уже думать о том,чего бы и как бы еще сжечь,чтобы получить заветные килоВатты.Все равно большинство из них успешно проебутся "элиткой" за общий счет в виде подсветки небоскребов,кремлей,фонтанов,теплых полов,зимних садов,летних катков и т.п. Надо думать о том,как собрать те,которые валяются под ногами,льются с неба и окружают нас.
Где Вы видели слово сжечь? Эти установки вообще могут работать без топлива. Им только тепло и холод надо, остальное они уже сами вам навырабатывают.
Да знаю я про отопительные системы на закопанных глубоко в землю теплообменниках. Но пока мне известно только,что такой экономичной системой отапливается единственная школа в какой-то деревне не то в Вологодской,не то в Костромской губернии.Массового внедрения я пока не наблюдаю.А это реальная экономия МегаВаттов и сотен тысяч ТУТов на отопление.Жидоолигархам,сидящим "на трубе" и "у рубильника" невыгодны такие системы,потому они и не применяются в сегодняшней России,хотя технической сложности не представляют и имеются все необходимые материалы и и технологии.
Извините, по сути вопроса Вам есть что сказать? Вы бы, извините, не искали блох в своих штанах, а сами бы поискали в Сети и посмотрели, куда реально уже идут инвестиционные деньги:
http://stfw.ru/page.php?id=16784
"В общей сложности было поставлено 22 комплекта: 2 комплекта (1+1) и 18 (1+0). Полностью оборудование было поставлено заказчику в августе 2010 года."
Жидоолигархи - они такие. Только выгодные системы ставят, а заодно помогают стране энергетический сектор поднимать.
"По теме" говоришь? Так в этих самых закопанных в землю теплообменниках,про которые я упоминал, и циркулирует столь любимый тобой фреон,принимая температуру почвы,которая даже зимой не опускается ниже +4,а на поверхности он сжимается компрессором,его температура повышается и он нагревает воду,используемую уже для отопления помещения.Электрическая мощность затрачивается только на привод насоса компрессора и контрольно-регулирующую аппаратуру.Холодильник наоборот.
Это тепловой насос. При чём здесь это?
Разберитесь сначала в технологии, а потом уже говорите, "что воду из крана опять всю выпили". Подсказывать и рассказывать ничего не буду, сами ищите, что такое Ormat-CCTV. Всё равно в следующей части расскажу.
и при этом затрачиваемая мощность всего в 2.5 раза ниже, чем "поднимаемая"!
что выгоднее - топить коттедж электричеством в 5 киловатт (получая на выходе 12 квт тепла), или используя газовый котел?
Холодильный коэффициент знаете, как считать? Там тоже всё определяется температурами нагревателя и холодильника:
E = Тх/(Тг-Тх) - случай идеальной холодильной машины Карно.
Ну, а теперь прикиньте, какая разница между температурами нагревателя и холодильника нужна, чтобы Е был хотя бы 10.
И это - в случае идеального цикла Карно, реальный цикл Ренкина идёт с кучей потерь. ;)
У нас в Томске уже два садика на тепловые насосы перевели, воть!
Небось тоже жидомасоны умучать православных детишек хотят в логике Реваншиста? ;)
Для всех присутствующих: тепловой насос - это холодильник, в котором мы используем не холод внутри холодильника, а греемся возле радиатора, который стоит у холодильника вдоль задней стенки.
Цикл Ренкина на фреонах (называемый ещё ORC-цикл) - это когда мы берём источник тепла любой природы и приёмник тепла (=источник холода) более низкой температуры, и из этой разности запускаем работу тепловой машины.
Поэтому - это принципиально разные вещи. Первый электрическую или механическую энергию использует, второй - её производит.
Поэтому - это принципиально разные вещи. Первый электрическую или механическую энергию использует, второй - её производит.
При том, что только врожденная рукопожатность не дает этот же принцип - нагрев на глубине и охлаждение в зоне постоянных немператур (для нашего региона это примерно - 40 грабусов на глубине 1000м и 3-4 градуса на глубине 50 метров) использовать для выработки электричества.
По прежнему интересно :)
Рост уровня технологичности - дает новые возможности. Тогда уже и до термопары дойдем - несколько "проволочек", перепад температур - и сразу электроток.
П.С. замечу, что кондансат убивает не только лопатки турбин - он "ест" хвстовые поверхности больших котлов: если опустить температуру отводимых газов ниже 120 С (примерно) - вода + сера = кислота. Так что либо топливо без серы (т.е. НЕ уголь), либо кислотный дождичек.
Да, это тоже снижает КПД системы на угле - из-за сернокислой коррозии приходится держать температуру отходящих газов достаточно высокой, чтобы конденсат не выпадал прямо в трубе. Иногда, зимой, и 120 С° мало бывает.
Если же топливо бессерное - то можно и водяную завесу в трубе сделать, а тогда вообще песня - дымовые газы и при 60 С° наружу выходят, а водичка - в теплообменник и на нагрев батарей. У нас, на Украине такие опытные котлы на биомассу делают, сам как-то беседовал с разработчиками.
Получается сколько нибыло бы ресурсов, бережливость и сбережение должно иметь место. Если вы разумно экономите энергию, значит ее часть высвобождается и плотность потока возрастает.
Конечно. Поднятие КПД установок по выработке энергии с 25% до 50% - это рост плотности энергопотока вдвое.
Конечно, в этом процессе есть свои ограничения (КПД даже для ТЭ не может быть выше 80%), поэтому, направлений "главного удара" всегда три:
1. Повышение КПД оконечных систем утилизации механической, электрической и тепловой энергии.
2. Повышение КПД систем генерации механической, электрической и тепловой энергии.
3. Повышение EROEI первичной энергии.
Есть ещё чисто экстенсивный путь (качать больше, рубить быстрее) но он и так сейчас проинвестирован дальше некуда. И на нём всегда есть ограничения в виде пика того или иного ресурса.
Энергии много не бывает, ее вам на жизнь определенно отмеряно тот же принцип действует относительно человечества.
Вот и я про то же.Механика требует ТО и запчастей.Опять же,фреон-не самая безопасная штука в случае утечки. Пельтье и термопары-перспектива за ними ! Но мы уже об этом трендели на той неделе в блоге товарища Yeta.
Опять у вас смешение прямого и обратного эффекта.
Правильно эта штука называется вот так:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%97%D0%B5%D0%B5%D0%B1%D0%B5%D0%BA%D0%B0
Когда КПД реальных устройств, построенных на использовании эффекта Зеебека выползет из замечательной цифры до одного процента - я сам первый побегу с ними наперевес впереди фреонового паровоза. :)
А пока всё ещё очень сырое и очень слабенькое:
http://www.aetechnologies.ru/dev/19-details.htm
Когда КПД реальных устройств, построенных на использовании эффекта Зеебека выползет из замечательной цифры до одного процента
Большее… Скажем у изделий Криотерма до 5% (TGM-31-2,8-3,5). Хотя всё равно мало. Да и дорогие они жутко.
Да, есть уже и такие системы. Но прорыв будет, когда термоэлектричество ещё и дешёвым станет. Это как с ТЭ - идея классная, но 40 000$ за киловатт мощности - это только для миллионеров развлекушки.
Каким бы образом блять организоваться и пробовать реально внедрять что нить осязаемое не только мозгом.
ЗЫ и не давать ДюпонТам и иже сунуть свое пархатое рыло в банк интелектуальной собственности
В этой технологии все патенты истекли - сейчас ORC-системы уже реально в США и в Европе "клепают на коленке" (это эвфемизм, если опять будут долбать за преувеличение) совсем уж небольшие компании.
А с тем количеством бросовых тепловых выбросов, что сейчас есть вокруг и с холодной температурой везде - Россия - это просто таки рай для ORC-систем. Бери, ставь, эксплуатируй, получай прибыль.
"Газпром" пока покупает израильский Ormat (надо же с чего-то начинать!), а стоит делать своё, отечественное.
по теории всё вкусно и вопросов пока не вызывает. практические реализации уже есть? если об этом как раз в следующем материале - с нетерпением жду.
Мечты сбываются - причём уже в прошлом году. Это уже реальность в России. 22 установки только у "Газпрома". Да, всё в следующем материале.
Но нужна масштабная программа - одна из многих возможных в энергоотрасли.
учусь на специальности промышленная теплоэнергетика, последний курс впереди, нам такого не рассказывали (:
эх
до чего образование притухло
нам про это писали в популярных детских книжках из библиотечки "эврика" году этак в замшелом 1977-ом
Уважаемый камрад Already Yet!
Выражаю вам огромную благодарность за ваши посты.
Всегда с интересом читаю. Все разжевано, разложено по полочкам. (Может быть, сказывается инжерное образование, но непоняток у меня нет).
Жду с нетерпением новых статей!
По тепловым насосам, есть у меня дома такая китайская хрень.
"Пьющий журавлик".
Принцип работы прост до безобразия. Спиртовой эфир(с очень низкой температурой испарения) запаянный в стеклянную трубку.
Когда верхняя часть окунается в воду, пары начинают конденсироваться в верхней части охлаждаясь.
Со временем(секунд 10), эфира натекает достаточно и эфир стекает вниз.
Все устройство производит колебания.
Работает он исключительно от разницы температур воды(вода испаряется и температура ее падает) и воздуха. А это какие-то сотые доли С.
Дык вот, цеплял я к нему магниты, а рядом ставил разобранный жесткий диск с наклеенными магнитами, а через редуктор вращал генератор.
5 светодиодов ярко светились.
Работает эта штука уже год, сожрала литра 2 воды и вся покрылась солями.
Из незначительной разницы температур можно снимать кучу энергии, если использовать правильный подход.
И какого размера тот журавлик? И вообще - видео можно?
http://www.youtube.com/watch?v=kxoQ4naQqVM
Вот собранный из того, что есть на кухне
Вот описание:
http://igrushka.forever.kz/vip29/uthot.shtml
А вот мой:
http://www.youtube.com/watch?v=Yk71GY02diY
Купить можешь тут:
http://dx.com/p/novelty-dippy-drinking-bird-29233?item=2
Цена вопроса 4 бакса.
Ну или собери сам.
Пока подаешь ему воду, он пьет.
Спасибо за ссылки, но как этот журавлик устроен, я в курсе. Ещё один вариант теплового насоса, но основанный на энергии испарения жидкости.
Суть сомнений была несколько в другом. Я лентяй, не считал, но мне кажется, что энергии, вырабатываемой этим девайсом на 5 светодиодов (даже на 1) не хватит.
Фреоны не единственный интересный объект в этой категории.
Были созданы в Минске передвижные АЭС - Памир 630Д на колесном ходу. Газожидкостный замкнутый термодинамический цикл по одноконтурной схеме, в качестве теплоносителя "нитрин" (Тетраоксид диазота+монооксид азота) котрый работал и на аварийное глушение реактора. Военным был нужен небольшой объем (помещались в грузовой отсек вертолета) и без использования воды.
Тетраоксид диазота (N2O4) обладает высокой теплопроводностью и теплоемкостью, температурой кипения +21,1С. Переход из жидкого в газообразное состояние сопровождается химической реакцией диссоциации, когда молекула тетраокиси распадается сначала на две молекулы диокиси (2NO2), а затем на две молекулы окиси азота и одну молекулу кислорода (2NO+O2). При увеличении количества молекул объем газа или его давление резко возрастают а при охлаждении обратная реакция.
Жалко что не для бытовых нужд т.к. ядовит, на воздухе соединяется с парами воды и образует кислоту.
хитрая смесь только тут темодинамика уже суровее - из-за химичских реакций
Россия страна с экстремальным перепадом температур. Это неплохо бы использовать. Например: сжиживать азот в условиях севера, высвобождающееся тепло на обогрев, а летом отправлять его на большую землю, на электростанциях дельта-Т повышать. То бишь КПД.
боюсь, траспортировка убьет весь выигрыш в кпд
т.е. чтоб с водой работать так же как с фреоном - необходим холодильник с температурой выше критичесой точки (т.е. где жидкая фаза воды энергетически запрещена)?
насколько важна теплоёмкость рабочего тела?
т.е. Вы нам обьяснили, как обстоят дела с КПД, но часто природа бывает так несправедлива, что приходится выбирать между высоким КПД и высокой мощностью.
другими словами, за счет очень высокой теплоемкости вода, остывая, передаст больше тепла в механическую энергию, хоть и с меньшим КПД.
Верно такое?
Нет, тут ситуация немного тоньше...
Основной выигрыш при работе на фреонах - это рекуператор, который "бесплатно", за счёт конденсации перегретого фреонового пара нагревает следующую порцию фреона. Вот схема установки (заставили, блин, выкладывать меня картинки из следующей части):
Видите? В начале цикла, после конденсатора, который возвращает за счёт охлаждения (фаза 7-1 диаграммы T-s) фреон в жидкую фазу, стоит рекуператор, который этот фреон весьма серьёзно подогревает. Нагрев фреона на фазе 2-3 частично идёт за счёт тепла, который отдаёт отработанный турбиной фреон на фазе 6-7:
Для воды такой фокус невозможен - в конденсаторах вода обычно оказывается уже при температуре около 20-30 С°, то есть ничего уже особенно своим теплом нагреть не может. Результатом такой ситуации являются вот такие печальные диаграммы расхода тепловой энергии на водяной ТЭС:
Видите потери на конденсаторе? Больше 50% от общей энергии, сообщённой ТЭС. Паровые турбины, на самом деле, жуткие молодцы, что из оставшихся им 50% доступной энергии они умудряются выжать до 40% КПД.
Поэтому у фреонов меньше потери на конденсатор. Поэтому, разделение по выполняемой работе у них чёткое - вода хорошо работает при температурах выше своей критической точки (480 С°), а фреоны - для всего спектра температур ниже температуры воды, ограниченные сверху только своей термической устойчивостью (они распадаются в большинстве своём уже в диапазоне 350-400 С°).
Посередине же, между водой (от 480 С°) и фреонами (до 350 С°) применяют соединения на основе кремния (силиконы).
Кроме того, надо понимать, что такое ORC-электростанция. Это не паровой котёл высотой в пятиэтажный дом. Вот, как пример, блок на 500 кВт:
По сравнению с водой - суперкомпактно. По сути дела модульный концепт: привёз, установил, подключил.
Во-первых, спасибо за развернутый ответ!
Надеюсь поможет в написании следующей части (предчувствием, где будут непонятки)
т.е. примерно так и оказалось? :) С водой по температуре надо забираться так высоко, чтобы весь рабочий цикл (не включая подогрев подаваемой на вход воды отработанным паром) был выше критической точки.
что мешает отбирать пар из турбины на прикритических температурах и им уже подогравать идущую на вход воду?
Единственное, что тут маячит - это ограничение тепловой машины по КПД от Карно - из-за супервысокой температуры холодильника, общее КПД высоким никак не сделать (но кое-что можно отыграть благодаря рекуперации тепла).
Еще я не очень врубился в смысл наличия конденсатора - это ж чистые потери! Почему "новую" воду не подогравать бы самим отработанным паром? Т.е. совместить рекуператор и конденцатор в одно - иными славами, использвать энергию перехода фаз, для нагрева воды.
в остальном, вроде, все правильно полял.
Куча вопросов, надо разобрать по цитатам:
> что мешает отбирать пар из турбины на прикритических температурах и им уже подогравать идущую на вход воду?
Ничего не мешает. На больших ТЭС так и делают через систему промежуточных отборов пара. У меня даже диаграмма T-s для такого цикла нарисована в тексте - называется "Двойной перегрев пара с регенерацией".
Но для воды это всё равно хреново получается делать - форма "горы" насыщенного пара портит все усилия. Да и усложняет это всё конструкцию неслабо.
>Еще я не очень врубился в смысл наличия конденсатора - это ж чистые потери! Почему "новую" воду не подогревать бы самим отработанным паром?
Конденсатор нужен для того, чтобы замкнуть цикл. Энергию конденсации воды, к сожалению, невозможно превратить в полезную работу. Можно уйти от цикла Ренкина к циклу Брайтона (он чисто газовый), но там будут сравнимые потери на газовый компрессор, который надо будет использовать вместо жидкостной помпы.
Вам всё станет ясно, если Вы ответите на простой вопрос - где в цикле Брайтона или в цикле Ренкина агрегат, в котором у нас самое большое давление?
Проблема в том, что "зарабатываем" мы только на расширении рабочего тела, а на всех остальных процессах мы тупо теряем энергию - как тепловую, так и механическую.
самое высокое давление? - верхняя вертикальная линия на графике цикла Ренкина есть фазовый переход жидкость->пар при постоянном давлении постоянной температуре. Т.е. на входе в вапорайзер (т.3)?
Другими словами, качать воду под давлением не то же самое, что качать газ под тем же давлением?
Этот момент от меня ускользнул. Спасибо.
С конденсатором я тоже поторопился - цикл, действительно, замкнутый (иначе - просто отопление окружающим, но как тепловая машина - все равно потери), а конденцасия происходит в идеале при постоянной температуре, т.е. никак не заюзать выделяемое тепло - оба тела (уже сконденсировавшая вода и пар) имеют одинаковую температуру. Приблизительно верно?
Страницы