Facebook - konwersja
Czytaj fragment
Pobierz fragment

Elektrownie i elektrociepłownie w hierarchicznej technologii gazowo-gazowej - ebook

Data wydania:
2 grudnia 2021
Format ebooka:
EPUB
Format EPUB
czytaj
na czytniku
czytaj
na tablecie
czytaj
na smartfonie
Jeden z najpopularniejszych formatów e-booków na świecie. Niezwykle wygodny i przyjazny czytelnikom - w przeciwieństwie do formatu PDF umożliwia skalowanie czcionki, dzięki czemu możliwe jest dopasowanie jej wielkości do kroju i rozmiarów ekranu. Więcej informacji znajdziesz w dziale Pomoc.
Multiformat
E-booki w Virtualo.pl dostępne są w opcji multiformatu. Oznacza to, że po dokonaniu zakupu, e-book pojawi się na Twoim koncie we wszystkich formatach dostępnych aktualnie dla danego tytułu. Informacja o dostępności poszczególnych formatów znajduje się na karcie produktu.
, MOBI
Format MOBI
czytaj
na czytniku
czytaj
na tablecie
czytaj
na smartfonie
Jeden z najczęściej wybieranych formatów wśród czytelników e-booków. Możesz go odczytać na czytniku Kindle oraz na smartfonach i tabletach po zainstalowaniu specjalnej aplikacji. Więcej informacji znajdziesz w dziale Pomoc.
Multiformat
E-booki w Virtualo.pl dostępne są w opcji multiformatu. Oznacza to, że po dokonaniu zakupu, e-book pojawi się na Twoim koncie we wszystkich formatach dostępnych aktualnie dla danego tytułu. Informacja o dostępności poszczególnych formatów znajduje się na karcie produktu.
(2w1)
Multiformat
E-booki sprzedawane w księgarni Virtualo.pl dostępne są w opcji multiformatu - kupujesz treść, nie format. Po dodaniu e-booka do koszyka i dokonaniu płatności, e-book pojawi się na Twoim koncie w Mojej Bibliotece we wszystkich formatach dostępnych aktualnie dla danego tytułu. Informacja o dostępności poszczególnych formatów znajduje się na karcie produktu przy okładce. Uwaga: audiobooki nie są objęte opcją multiformatu.
czytaj
na tablecie
Aby odczytywać e-booki na swoim tablecie musisz zainstalować specjalną aplikację. W zależności od formatu e-booka oraz systemu operacyjnego, który jest zainstalowany na Twoim urządzeniu może to być np. Bluefire dla EPUBa lub aplikacja Kindle dla formatu MOBI.
Informacje na temat zabezpieczenia e-booka znajdziesz na karcie produktu w "Szczegółach na temat e-booka". Więcej informacji znajdziesz w dziale Pomoc.
czytaj
na czytniku
Czytanie na e-czytniku z ekranem e-ink jest bardzo wygodne i nie męczy wzroku. Pliki przystosowane do odczytywania na czytnikach to przede wszystkim EPUB (ten format możesz odczytać m.in. na czytnikach PocketBook) i MOBI (ten fromat możesz odczytać m.in. na czytnikach Kindle).
Informacje na temat zabezpieczenia e-booka znajdziesz na karcie produktu w "Szczegółach na temat e-booka". Więcej informacji znajdziesz w dziale Pomoc.
czytaj
na smartfonie
Aby odczytywać e-booki na swoim smartfonie musisz zainstalować specjalną aplikację. W zależności od formatu e-booka oraz systemu operacyjnego, który jest zainstalowany na Twoim urządzeniu może to być np. iBooks dla EPUBa lub aplikacja Kindle dla formatu MOBI.
Informacje na temat zabezpieczenia e-booka znajdziesz na karcie produktu w "Szczegółach na temat e-booka". Więcej informacji znajdziesz w dziale Pomoc.
Czytaj fragment
Pobierz fragment
74,00

Elektrownie i elektrociepłownie w hierarchicznej technologii gazowo-gazowej - ebook

Wydawnictwo PWN przedstawia kolejną książkę profesora Ryszarda Bartnika z serii poświęconej analizie efektywności energetycznej i ekonomicznej elektrowni i elektrociepłowni w polskim systemie elektroenergetycznym.

Elektrownie i elektrociepłownie w hierarchicznej technologii gazowo-gazowej. Efektywność energetyczna i ekonomiczna – ta książka jest absolutnym novum na polskim rynku wydawniczym i dotyczy innowacyjnej, hierarchicznej technologii energetycznej. Układy te mogą się stać ważnym potencjałem modernizacyjnym krajowego systemu energetycznego.

W książce znajdą się m.in. następujące zagadnienia:
- podstawy termodynamiczne analizy układów hierarchicznych
- analiza ekonomiczna produkcji wodoru w procesie elektrolizy wody w układzie z silnikiem gazowo-gazowym oraz we wszystkich innych technologiach energetycznych
- analiza termodynamiczna i ekonomiczna silnika gazowo-gazowego współpracującego z magazynem sprężonego powietrza
- zastąpienie gazu ziemnego w silniku gazowo-gazowym paliwem jądrowym

Publikacja Elektrownie i elektrociepłownie w hierarchicznej technologii gazowo-gazowej (…) jest polecana studentom uczelni technicznych studiujących na kierunkach: energetyka, elektrotechnika, mechanika i budowa maszyn (przedmioty: Współczesne systemy energetyczne, Spalanie paliw energetycznych, Efektywność energetyczna itp.).

Publikacja będzie również cennym źródłem wiedzy dla inżynierów projektujących zespoły energetyczne, specjalistów energetyki zawodowej, decydentów branży energetycznej i innych.

Kategoria: Inżynieria i technika
Zabezpieczenie: Watermark
Watermark
Watermarkowanie polega na znakowaniu plików wewnątrz treści, dzięki czemu możliwe jest rozpoznanie unikatowej licencji transakcyjnej Użytkownika. E-książki zabezpieczone watermarkiem można odczytywać na wszystkich urządzeniach odtwarzających wybrany format (czytniki, tablety, smartfony). Nie ma również ograniczeń liczby licencji oraz istnieje możliwość swobodnego przenoszenia plików między urządzeniami. Pliki z watermarkiem są kompatybilne z popularnymi programami do odczytywania ebooków, jak np. Calibre oraz aplikacjami na urządzenia mobilne na takie platformy jak iOS oraz Android.
ISBN: 978-83-01-22067-9
Rozmiar pliku: 8,5 MB

FRAGMENT KSIĄŻKI

PODSTAWOWE OZNACZENIA

_a, b, c, d, e, x_ – wielkości pomocnicze

_A, B_ – wielkości pomocnicze

_Ḃ_ – strumień egzergii

_c__p_ – pojemność cieplna właściwa przy stałym ciśnieniu

_Ċ_ – strumień pojemności cieplnej

_e_ – ceny jednostkowe

_Ė__ch_ – strumień energii chemicznej paliwa

_i_ – entalpia właściwa

_i_ – jednostkowe nakłady inwestycyjne

_İ_ – strumień entalpii

_J_ – nakłady inwestycyjne

_k__c_ – jednostkowy koszt produkcji ciepła

_k__el_ – jednostkowy koszt produkcji energii elektrycznej

_k__z_ – jednostkowy koszt produkcji zimna

_L_ – praca mechaniczna

_ṁ_ – strumień masy

_N_ – moc

_NPV_ – wartość zaktualizowana netto

_p_ – ciśnienie

_p_ – jednostkowe stawki za emisje zanieczyszczeń do środowiska

_p_ – stopa podatku dochodowego od zysku brutto

_Ṗ__dop_ – strumień dopalanego paliwa

_q_ – stopień dopalania paliwa

– strumień ciepła

_Q__R_ – roczna produkcja ciepła i zimna

_r_ – stopa oprocentowania kapitału

_s_ – entropia właściwa

_Ṡ_ – strumień entropii

_T_ – okres eksploatacji elektrociepłowni, elektrowni, ziębiarki, wyrażony w latach

_T_ – temperatura bezwzględna

_T_ – temperatura uśredniona entropowo

_W__d_ __ – wartość opałowa

_z_ – stosunek sprężania

_z_ – współczynnik zamrożenia kapitału inwestycyjnego

_ρ_, _ρ_ – wielkości pomocnicze

_δ_, ∆ – symbol przyrostu

_δ__rem_ – roczna stopa kosztów stałych zależnych od nakładów inwestycyjnych

_ε__el_ – względny wskaźnik elektrycznych potrzeb własnych

_ε_ – sprawność ziębiarki

_ρ_ – sprawność

_ρ_ – wykładnik izentropy czynnika obiegowego

_ρ_ – emisje zanieczyszczeń do środowiska

_σ_ – wskaźnik skojarzenia

_τ_ – czas1.
WPROWADZENIE

Niepodobna znać rzeczy tego świata,

jeśli się nie zna ich matematycznie

_For the things of this world cannot be made_

_known without a knowledge of mathematics_

(Roger Bacon, 1214–1294)

Układy hierarchiczne (rys. 2.3, 2.4, 3.1–3.3) są układami wieloobiegowymi, prawo- lub lewobieżnymi. Prawobieżne są oczywiście silniki cieplne, lewobieżne – robocze maszyny cieplne (ziębiarki lub pompy ciepła; są to urządzenia napędzane pracą lub równoważną jej energią elektryczną). Fundamentalną właściwością układów hierarchicznych jest to, że doprowadzanie do nich ciepła z zewnętrznego źródła ma miejsce wyłącznie do jednego obiegu. W przypadku silnika jest to obieg znajdujący się w hierarchii najwyżej, tj. obieg pracujący w zakresie temperatur najwyższych, a w przypadku roboczej maszyny cieplnej jest to obieg znajdujący się w hierarchii najniżej, tj. obieg pracujący w zakresie temperatur najniższych. Do każdego z pozostałych obiegów ciepło jest doprowadzane ciepłem wyprowadzanym z obiegów znajdujących się w przypadku silnika w hierarchii zaraz powyżej nich, a w przypadku ziębiarki lub pompy ciepła – z obiegów znajdujących się w hierarchii bezpośrednio poniżej (rys. 2.3, 2.4).

Co najważniejsze, w silnikach hierarchicznych sprawność konwersji energii chemicznej paliwa na pracę mechaniczną jest zdecydowanie większa od sprawności uzyskiwanej w silnikach jednoobiegowych. Jest tak dlatego, że w układach tych jest wykorzystywany znacznie większy zakres temperatur z przedziału 〈_T__g_;_T__ot_〉, tj. z przedziału między temperaturą górnego źródła ciepła _T__g_ a temperaturą otoczenia _T__ot_, które stanowi dolne źródło ciepła. W najdoskonalszym termodynamicznie, teoretycznym _silniku_ _Carnota_ o największej teoretycznie możliwej mocy jest wykorzystywany cały zakres 〈_T__g_;_T__ot_〉. Moc silnika Carnota obrazuje pole prostokąta narysowanego linią kreskową na rysunku 1.1. Im większa będzie zatem w układzie hierarchicznym liczba obiegów _j_ (rys. 2.3) mających różne temperaturowe zakresy pracy, w tym większym stopniu będzie wykorzystywany w nim zakres 〈_T__g_;_T__ot_〉. Tym samym mniejsze będą w układzie straty strumienia egzergii, a więc tym większa będzie jego moc (podrozdz. 2.2). W granicy, gdy _j_ → ∞, różnica między sprawnością teoretycznego silnika Carnota (wzór (2.5)) a sprawnością silnika hierarchicznego _η_1-_j_ (wzór (2.22)) zanika, _η__C_ _ρ_ _η_1-_j_ → 0, i moc mechaniczna silnika hierarchicznego równa się mocy teoretycznego silnika Carnota (wzór (2.4)), a więc mocy maksymalnej możliwej dzięki wykorzystywaniu, tak jak w silniku Carnota, całego zakresu temperatur 〈_T__g_;_T__ot_〉.

Całkowicie odwrotna sytuacja ma miejsce w roboczej maszynie cieplnej, ziębiarce lub pompie ciepła (podrozdz. 2.3, rys. 2.4). Zwiększanie w niej realizowanych obiegów ponad jeden zwiększa straty egzergii, a tym samym zwiększa się moc napędowa maszyny. Najmniejszą teoretycznie możliwą moc napędową ma maszyna, w której realizowany jest teoretyczny lewobieżny _obieg Carnota_.

Rys. 1.1. Obieg porównawczy (teoretyczny) hierarchicznego układu gazowo-parowego: _TG_ – obieg Joule’a turbiny gazowej, _TP_ – obieg Clausiusa-Rankine’a turbiny parowej, _E__ch_ – energia chemiczna paliwa doprowadzana do _TG_, _I__sp_ – entalpia spalin wylotowych z turbiny gazowej doprowadzana do _TP_ za pomocą kotła odzyskowego; linie kreskowe przedstawiają obieg Carnota dla skrajnych temperatur _T__g_, _T__ot_

Obecnie w praktyce są stosowane _silniki hierarchiczne dwuobiegowe_ _gazowo-parowe_ (rys. 1.1). Są to silniki, które aktualnie mają największą sprawność konwersji energii chemicznej paliwa na pracę mechaniczną i w konsekwencji, zgodnie z _prawem_ _Faradaya_, w generatorze elektrycznym na energię elektryczną, najszlachetniejszą, najcenniejszą, we wszystkich znaczeniach tego słowa, postać energii. Wykorzystywany w nich jest bowiem, jak do tej pory, największy zakres temperatur z przedziału 〈_T__g_;_T__ot_〉. W zakresie temperatur wysokich realizowany jest _obieg_ _Joule’a_ turbiny gazowej, a w zakresie temperatur niskich – _obieg_ _Clausiusa-Rankine_’_a_ turbiny parowej. Sprzężenie obiegów Joule’a i Clausiusa-Rankine’a w układ hierarchiczny odbywa się poprzez układ spaliny-para-woda w kotle odzyskowym, w którym jest wykorzystywana niskotemperaturowa entalpia spalin wylotowych z turbiny gazowej do produkcji pary zasilającej turbinę parową . Moc silnika gazowo-parowego obrazuje suma pól obiegów _TG_ i _TP_ przedstawionych na rysunku 1.1. Suma tych pól jest jednak zdecydowanie mniejsza od pola obiegu Carnota, które, jak już wyżej zaznaczono, jest polem prostokąta narysowanego na tym rysunku linią kreskową. Sprawność netto hierarchicznych silników gazowo-parowych przewyższa już nawet wartość 60% (sprawność teoretycznego silnika Carnota, wzór (2.5), dla takiej samej temperatury _T__g_, jak temperatura spalin doprowadzonych to turbiny gazowej (rys. 1.1) wynosi ok. 85%). Warto przy tym zaznaczyć, że ciśnienie pary w hierarchicznych silnikach gazowo-parowych wynosi zaledwie ok. 5,5–10 MPa, a nie jak na przykład 28 MPa w blokach na parametry nadkrytyczne pary świeżej, w których realizowany jest wyłącznie obieg Clausiusa-Rankine’a. Sprawność brutto wytwarzania elektryczności w tych nadkrytycznych obiegach Clausiusa-Rankine’a dochodzi do ok. 50%, netto ok. 46%. Bloki te osiągnęły już jednak kres możliwości swojego dalszego rozwoju. Jedynie parametry supernadkrytyczne (temperatura i ciśnienie pary świeżej musiałyby wówczas dochodzić do 720°C i 35 MPa) byłyby w stanie zwiększyć tę sprawność. Zwiększenie to wynosiłoby jednak zaledwie kilka punktów procentowych. Jak do tej pory nie ma stali, które byłyby w stanie „wytrzymać” tak duże wartości parametrów. Wyczerpanie się możliwości rozwoju technologii nadkrytycznej nie jest jednak zarzutem. Wręcz odwrotnie, świadczy o osiągnięciu przez tę technologię doskonałości technicznej.

Fundamentalnym ograniczeniem sprawności wytwarzania elektryczności w silnikach mechanicznych jest, zgodnie z II zasadą termodynamiki (jednym z jej sformułowań jest wzór (2.5)), niemożliwość zamiany ciepła na pracę mechaniczną w 100%. Gdy zatem z łańcucha przemian termodynamicznych zachodzących w procesie wytwarzania elektryczności usunie się przemiany, w których zachodzą zamiana ciepła na pracę mechaniczną, a więc gdy energię chemiczną paliwa bezpośrednio zamieni się na energię elektryczną, tj. z pominięciem „gorsetu Carnota”, to teoretyczna sprawność wytwarzania elektryczności będzie wówczas wynosić 100%. Ma to miejsce w ogniwach paliwowych, których sprawność osiąga obecnie wartości powyżej 70%. W przypadku wykorzystywania w ogniwach jako paliwa wodoru należałoby jednak w tej sprawności uwzględniać sprawność energetyczną jego wytwarzania, co w rachunku skumulowanego zużycia energii znacznie obniżyłoby sprawność ogniw. Bardzo ważne jest zatem, co ma miejsce, dalsze rozwijanie ich technologii, by uzyskać jeszcze wyższą ich sprawność, bo przestrzeń od 70 do 100% jest jeszcze duża. Kolejną istotną zaletą ogniw są ich małe gabaryty w porównaniu z silnikami mechanicznymi przy tej samej mocy elektrycznej. Z uwagi na powyższe w rozdziale 5 przedstawiono analizę termodynamiczną i ekonomiczną produkcji wodoru w procesie elektrolizy wody w układzie z hierarchicznym silnikiem gazowo-gazowym (rys. 5.1) oraz w celach porównawczych – we wszystkich pozostałych będących obecnie do dyspozycji technologiach energetycznych.

Możliwe są jeszcze silniki mechaniczne gazowo-parowe quasi-hierarchiczne, tj. silniki dwupaliwowe, w których w przeciwieństwie do silników hierarchicznych paliwo jest doprowadzane do obu obiegów. Do obiegu Joule’a jest doprowadzany gaz ziemny, do obiegu Clausiusa-Rankine’a węgiel . Sprawność brutto silników dwupaliwowych przekracza nawet wartość 50% przy pracy części parowej i, co ważne, z podkrytycznymi parametrami pary świeżej, a więc jest porównywalna ze sprawnością wspomnianych powyżej bloków parowych realizujących wyłącznie obieg Clausiusa-Rankine’a na parametry nadkrytyczne. Wysokość sprawności silników quasi-hierarchicznych rośnie do wartości 50% wraz ze zwiększaniem mocy zastosowanej w układzie turbiny gazowej . Co istotne, jednostkowe nakłady inwestycyjne (na jednostkę zainstalowanej mocy elektrycznej) na te silniki są zdecydowanie mniejsze od nakładów na bloki na parametry nadkrytyczne. Sprawność silników gazowo-parowych quasi-hierarchicznych jest jednak oczywiście mniejsza od sprawności silników gazowo-parowych hierarchicznych, na które ponadto jednostkowe nakłady są jeszcze mniejsze. Należy jednak zaznaczyć, że bloki gazowo-parowe dwupaliwowe mogą powstawać przez nadbudowę turbiną gazową już istniejących bloków węglowych realizujących obieg Clausiusa-Rankine’a . Rozwiązanie takie stanowi zatem ogromny potencjał modernizacyjny krajowej energetyki bazującej, i słusznie, na węglu. Węgiel gwarantuje bowiem niezależność i bezpieczeństwo energetyczne Polski. Konieczna jest przy tym budowa w kraju bloków jądrowych, co ma pełne uzasadnienie techniczne, ekologiczne i ekonomiczne . Jednostkowy koszt wytwarzania w nich elektryczności dla czasu eksploatacji ok. 40–60 lat (obecnie okres 60 lat jest normą eksploatacji bloków jądrowych) oraz dla niskiego oprocentowania kapitału inwestycyjnego jest mały (rys. 5.2). Jednocześnie należy budować przemysł produkcji elementów paliwowych. Zasoby rud uranu w Polsce są duże.

W niniejszej monografii przedstawiono analizę termodynamiczną i ekonomiczną układów hierarchicznych gazowo-gazowych. W silniku gazowo-gazowym realizowane są sprzęgnięte ze sobą dwa prawobieżne obiegi Joule’a. Paliwo doprowadzane jest wyłącznie do obiegu Joule’a turbiny gazowej pracującej w zakresie temperatur wysokich. Do drugiego z obiegów Joule’a, tj. do obiegu realizowanego w turboekspanderze pracującego w zakresie temperatur niskich, doprowadzone ciepło napędowe jest ciepłem wyprowadzonym z obiegu Joule’a turbiny gazowej, a więc z obiegu znajdującego się w hierarchii zaraz powyżej niego. Sprzężenie obu obiegów w układ hierarchiczny ma miejsce w nagrzewnicy powietrza, w której spaliny wylotowe z turbiny gazowej podgrzewają sprężone powietrze zasilające turboekspander (rys. 3.1–3.3). Sprawność _ηG-_G (wzór (3.13), rys. 3.10, 4.23) wytwarzania energii elektrycznej jest jednak w układzie gazowo-gazowym mniejsza niż w układzie gazowo-parowym. O wyższej sprawności silnika gazowo-parowego decyduje bowiem izoterma skraplania pary, podczas której ciepło jest wyprowadzane do otoczenia z obiegu Clausiusa-Rankine’a. Izoterma ta niemalże pokrywa się z izotermą otoczenia _T__ot_ (rys. 1.1) − silnika Carnota, jak już zaznaczono, silnika najdoskonalszego termodynamicznie. Natomiast czynnik obiegowy w przemianie izobarycznej dolnego obiegu Joule’a w hierarchicznym silniku gazowo-gazowym, podczas której wyprowadzane jest ciepło z silnika do otoczenia, ma znacznie wyższą od _T__ot_ uśrednioną entropowo temperaturę (rozdz. 2). Istotne jest jednak to, że finansowe nakłady inwestycyjne na silnik gazowo-gazowy stanowią zaledwie ok. 45% nakładów na silnik gazowo-parowy. A przecież ostatecznie to opłacalność ekonomiczna pracy silnika ma decydujący wpływ na podjęcie decyzji inwestycyjnej o jego budowie (podrozdz. 3.3). Stąd zatem m.in. konieczna jest przedstawiona w książce analiza układów gazowo-gazowych.

Kolejna, wyjątkowo przy tym ważna sprawa. Sprawność silników gazowo-gazowych _ηG_-_G_ (wzór (3.13)) dla współczesnych turbin gazowych, tj. dla wysokich temperatur _T_₂ (rys. 3.10, 4.23), jest porównywalna ze sprawnością silników parowych realizujących obieg Clausiusa-Rankine’a na parametry nadkrytyczne pary świeżej. Jednostkowe nakłady finansowe na silniki gazowo-gazowe są przy tym, co szalenie ważne, kilkakrotnie razy mniejsze od nakładów na silniki „nadkrytyczne” Clausiusa-Rankine’a. Można zatem oczekiwać, że silniki gazowo-gazowe będą bardziej ekonomicznie opłacalne mimo że spalany w nich gaz ziemny jest ponad dwukrotnie droższy na jednostkę energii chemicznej paliwa od węgla.

Silnik gazowo-gazowy może także napędzać na przykład roboczą maszynę cieplną (rys. 2.5, 4.1a,b). W roboczej maszynie cieplnej, ziębiarce sprężarkowej lub sprężarkowej pompie ciepła są oczywiście realizowane obiegi Joule’a lewobieżne. Sprzężenie ze sobą kolejnych obiegów (stopni) ziębiarki lub pompy ciepła, niższych z będącymi w hierarchii zaraz powyżej nich wyższymi, ma miejsce w wymiennikach ciepła, które są jednocześnie skraplaczami dla obiegów niższych i parowaczami dla obiegów wyższych (rys. 2.4). W celach porównawczych w monografii przedstawiono także analizę ziębiarki cieplnej, a więc ziębiarki, do której napędu nie jest wykorzystywana praca mechaniczna, a ciepło, niskotemperaturowa entalpia spalin wylotowych z silnika gazowo-gazowego (rys. 4.1c).

Należy zaznaczyć, że ziębiarka i pompa ciepła różnią się temperaturowymi zakresami pracy. W ziębiarce ciepło do niej doprowadzane jest ciepłem wyprowadzanym z komory ziębienia, w której panuje temperatura niższa od temperatury otoczenia. Ciepło to następnie jest wyprowadzane do otoczenia. Natomiast w przypadku pompy ciepła ciepło grzejne do niej doprowadzane jest ciepłem pobieranym z otoczenia i wyprowadzanym do przestrzeni ogrzewanej, w której panuje temperatura wyższa od temperatury otoczenia (można by zatem skojarzyć obiegi ziębiarki i pompy ciepła, gdyż kierunki przepływu w nich ciepła między czynnikami obiegowymi a otoczeniem są przeciwne). Należy jednak zaznaczyć, że sprężarkowa pompa ciepła jest w warunkach polskich, i nie tylko, termodynamicznie nieopłacalna. Ciepło grzejne bowiem przez nią pobierane z otoczenia jest o kilkanaście procent mniejsze od ciepła wyprowadzanego do niego z elektrowni produkujących energię elektryczną służącą do jej napędu (rys. 2.7). Jest tak z uwagi na małą sprawność energetyczną krajowych elektrowni. Szczególnie nieopłacalna ekonomicznie jest sprężarkowa pompa ciepła . Pozyskane bowiem z niej ciepło grzejne wymagałoby dotacji, gdyż jest bardzo drogie. Wynika to z dużego rocznego kosztu energii elektrycznej ją napędzającej oraz z wysokiego na nią nakładu inwestycyjnego, szczególnie na roboty budowlano-montażowe, zwłaszcza na montaż parowacza w ziemi na głębokości ok. 1,5 m na działce o powierzchni co najmniej 500 m² w przypadku domu jednorodzinnego. Co więcej, stosowanie pomp ciepła, a zwłaszcza hierarchicznych, nie ma najmniejszego sensu technicznego, gdyż ciepło grzejne można bezpośrednio uzyskiwać z silników pracujących w skojarzeniu z produkcją energii elektrycznej . Tak pozyskiwane ciepło grzejne jest najtańsze – porównując je z ciepłem z pompy, jest wielokrotnie tańsze. Ze względu na powyższe w niniejszej monografii poświęcono pompie ciepła stosunkowo dużo miejsca, aż trzy podrozdziały 2.5, 2.6 i 2.7 (obszerną analizę termodynamiczną i ekonomiczną pompy ciepła przedstawiono także w ). Co oczywiste, metodyka sporządzania bilansów egzergii i energii dla _j_-obiegowej sprężarkowej pompy ciepła jest taka sama jak dla _j_-obiegowej ziębiarki sprężarkowej. Jedynie różne temperaturowe zakresy ich pracy, a więc przeciwstawne cele, do jakich są przeznaczone (mrożenie i ogrzewanie), mają swoje konsekwencje w zmianie niektórych znaków z + na − w bilansach entropii, egzergii i energii z uwagi na różne źródła doprowadzania i wyprowadzania z obu maszyn ciepła (wzory (2.24), (2.25), (2.26); patrz również podrozdz. 2.4 i 2.5).

Obecnie w praktyce inżynierskiej, czasami i naukowej (chociaż nie powinno mieć to miejsca), są wykorzystywane gotowe, liczne programy komercyjne do wykonywania obliczeń symulacyjnych, na przykład GateCycleTM (należy przy tym mocno zaznaczyć, że programy te są dla użytkownika „czarnymi skrzynkami”). Uzyskane tą drogą rezultaty analiz energetycznych są wynikami jedynie liczbowymi, otrzymanymi dla konkretnych liczbowych danych wejściowych. Do korzystania z tych programów konieczne jest bardzo duże doświadczenie i znajomość termodynamiczna rozwiązywanych problemów. Przy wprowadzaniu obliczeniowych danych wejściowych wymagana jest ponadto wiedza o rozwiązaniach optymalnych. W przeciwnym razie otrzymane wyniki, chociaż poprawne bilansowo, są wynikami dalekimi od optymalnych, żeby nie powiedzieć, że wręcz błędnymi. Co więcej, zbyt duża liczba jednoczesnych danych wejściowych, jakie trzeba wprowadzać do obliczeń, interakcje nimi wywołane, nie pozwalają, aby uzyskiwane szczegółowe wyniki liczbowe dawały możliwość uogólniania rozważań, a jedynie droga od ogółu do szczegółu jest poprawna i taką możliwość daje. Przejście natomiast od szczegółu do ogółu najczęściej – prawie zawsze – nie bywa prawdziwe (trzeba tu jednak wyraźnie powiedzieć, że najczęściej, aby tę prawdę ogólną pojąć i sformułować, trzeba wcześniej przeprowadzić bardzo wiele eksperymentów, wykonać bardzo wiele obliczeń i analiz szczegółowych, przede wszystkim potrzebny jest przenikliwy umysł, inaczej trudno byłoby tę prawdę o całokształcie zachodzących zjawisk i procesów fizycznych, i nie tylko, dostrzec). Należy również podkreślić fakt, że stosowanie tych programów nie daje możliwości znalezienia odpowiedzi na wręcz fundamentalne pytanie: który z układów hierarchicznych – gazowo-gazowy czy gazowo-parowy _–_ jest efektywniejszy ekonomicznie i energetycznie? Wyłącznie zatem analiza z wykorzystaniem opracowanych własnych modeli matematycznych, własnych kodów obliczeniowych, które przedstawiono w monografii, pozwala na to pytanie odpowiedzieć. Analityczne modele własne są cenne jeszcze dlatego, że pozwalają uzyskać wiele dodatkowych, ważnych informacji o własnościach i właściwościach rozpatrywanych układów gazowo-gazowych. Pozwalają _explicite_ na ocenę wpływu poszczególnych wielkości wejściowych na wyniki końcowe, a przede wszystkim na łatwe i szybkie znalezienie nie tylko rozwiązania optymalnego, ale także obszaru rozwiązań bliskich optymalnemu, co więcej, pozwalają na pokazanie charakteru ich zmian. Umożliwiają dyskusję i analizę wyników badań. W technice, w zastosowaniach ma to dużą, istotną wartość. Mało tego, modele analityczne pozwalają na wyciąganie wniosków, co szalenie ważne, o czym dobitnie napisano powyżej, o ogólnym charakterze. Otrzymane rozwiązania dzięki stosowaniu w analizie kryterium ekonomicznego pozwalają ponadto na wyciąganie wniosków dotyczących ekonomicznych uwarunkowań wdrażania nowej technologii energetycznej, na określenie ekonomicznie uzasadnionych relacji i zakresu cen nośników energii. Przedstawiona w monografii metodyka wykonywania analiz techniczno-ekonomicznych układów gazowo-gazowych ma zatem zarówno walory poznawcze i poszerzające wiedzę o tych układach, jak również umożliwia szerokie działania aplikacyjne. Aby jednak te modele opracować, należało przyjąć założenia upraszczające, jak na przykład pominąć straty ciśnień w rurociągach i wymiennikach ciepła, a także, co najistotniejsze, zastosować obiegi (tj. układy zamknięte; rozdz. 2) w analizach rzeczywistych „otwartych” procesów termodynamicznych zachodzących w układach gazowo-gazowych, tj. procesów, do których są doprowadzane i wyprowadzane czynniki termodynamiczne.

Podsumowując, przyjęcie wspomnianych powyżej założeń upraszczających znakomicie umożliwiło przeprowadzenie analiz termodynamicznych i ekonomicznych, a także wyciągnięcie z nich uogólnionych wniosków dotyczących układów gazowo-gazowych.
mniej..

BESTSELLERY

Kategorie: