Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Методика розрахунку



 

3.2.1 Сухі скальні породи

Припустимо, що певна маса сухого скального матеріалу розташована в товщі кори порівняно недалеко від поверхні (рисунок 3). Скальні породи мають щільність ρr, питому теплоємність сr, площа поперечного перетину даного масиву А.

 

.

Рисунок 2 – Схема для розрахунку запасу тепла сухих гірських порід (щільність ρr, питома теплоємність сr, температурний градієнт dТ/dz=G; А – площа; Т0 – поверхнева температура; Т1 — мінімальна корисна температура; Т2 – температура на максимальній глибині)

 

Для однорідного матеріалу у відсутність конвекції з глибиною температура збільшуватиметься лінійно. Якщо z зростає по напряму від поверхні Землі (де z= 0), то

 

(1)

 

Припустимо, що мінімальна допустима температура Т1 відповідає глибині z1, таким чином:

 

(2)

 

Корисний тепловміст в елементі завтовшки на глибині z при температурі Т>T1 рівний

 

(3)

 

Повний корисний тепловміст скального ґрунту до глибини виявляється рівним

 

(4)

Хай середня допустима температура, що перевищує Т1, рівна , причому

 

(5)

 

В цьому випадку

,

де – теплоємність гірських порід, що залягають в шарі між z1 і z2:

 

(6)

 

Згідно (4)

 

(7)

 

Допустимо, що тепло витягується з порід рівномірно, пропорційно температурі, що перевищує Т1, за допомогою потоку води, що має об'ємну витрату V, щільність , питому теплоємність . У цьому безперервному процесі вода нагрівається до температури . Таким чином,

 

(8)

(9)

і

. (10)

 

Пригадавши, що корисний тепловміст отримаємо

 

. (11)

 

Звідки швидкість видобування тепла

, (12)

де постійна часу визначається таким чином:

 

(13)

 

Завдання для розрахунку сухих скальних порід

1) Розрахуйте корисний тепловміст на 1 км2 сухої скальної породи (граніт). Глибина z2 км, температурний градієнт , °С/км, мінімальна допустиму температуру що перевищує поверхневу на , 0С наведені у таблиці варіантів завдань А.1 додатку А. Щільність і питому теплоємність сухих гірських порід прийняти відповідно =2700 кг/м3, = 820 Дж/(кг∙К).

2) Чому дорівнює постійна часу видобування тепла при використанні як теплоносій води, якщо відома витрата води V м3/(с∙км2) (наведена у таблиці варіантів завдань А.1 додатку А)?

3) Які швидкості видобування тепла – на початку добування і через 10 років?

Приклад рішення

Завдання

1) Розрахуйте корисний тепловміст на 1 км2 сухої скальної породи (граніт) до глибини z2=7 км. Температурний градієнт =40°С/км, мінімальну допустиму температуру що перевищує поверхневу =140 К, =2700 кг/м3, = 820 Дж/(кг∙К).

2) Чому дорівнює постійна часу видобування тепла при використанні як теплоносій води, якщо V= 1 м3/(с∙км2)?

3) Які швидкості видобування тепла – на початку добування і через 10 років?

 

Рішення

1) Знаходимо різницю температур між глибиною 7 км ( ) і поверхнею ( ) з формули (2)

. (14)

 

.

 

2) Глибину, на якій досягається мінімально допустима різниця температур T1 - T0 знайдемо з формули (2)

 

 

3) Виходячи з (7) корисний тепловміст на 1 км2 площі ґрунту , знайдемо (підставляючи щільність ґрунту у кг/км3)

(15)

 

4) Постійна часу видобування тепла з (13) (переводячи об'ємну витрату води V у км/с∙км2). Густина води =1000 кг/м3, =4200 Дж/(кг∙К)

 

 

5) Швидкість видобування тепла знайдемо з (12). На початку видобування ( )

, (16)

=294 МВт/км2

 

Через 10 років видобування

, (17)

= 257 МВт/км2.

 

 

3.2.2 Природні водоносні пласти

 

В разі природних водоносних пластів, що залягають на значній глибині (рисунок 3), джерело тепла лежить усередині шару води. Частина пласта зайнята порами, заповненими водою (щільність р'), решта простору заповнена скальною породою з щільністю рr. Припустимо, що товщина водоносного шару (h) багато менше глибини його залягання (z2) і що відповідно температура всієї маси рідини рівна Т2. Мінімальна корисна температура рівна Т1. Характеристики джерела тепла визначаються так, як це робилося для сухих скальних порід:

 

(18)

 

(19)

де

(20)

 

Рисунок 3 – Профіль гарячого водоносного шару для розрахунку запасу тепла

 

По аналогії з (8) визначимо відбір тепла при об'ємній швидкості (витраті) V і величині , що перевищує Т1

 

(21)

Таким чином

(22)

 

(23)

 

(24)

Завдання для розрахунку природних водоносних пластів

1) Визначите початкову температуру і тепловміст на 1 км2 до температур вище 40°С водоносного пласта завтовшки , км при глибині залягання , км, температурному градієнті , °С/км (наведені у таблиці варіантів завдань Б.1 додатку Б). Прийняти пористість породи =5%, щільність породи 2700 кг/м3, питома теплоємності породи 840 Дж/(кг∙К), Розрахунок ведіть при середній температурі поверхні 10°С.

2) Яка постійна часу видобування тепла при закачуванні води і витраті її V, м3/(с∙км2)? (значення V наведене у таблиці варіантів завдань Б.1 додатку Б).

3) Яка теплова потужність видобувається спочатку і через 10 років?

Приклад рішення

Завдання

1) Визначите початкову температуру і тепловміст на 1 км2 до температур вище 40°С водоносного пласта завтовшки 0,5 км при глибині залягання 3 км, пористості 5%, щільність породи 2700 кг/м3, питомій теплоємності 840 Дж/(кг∙К), температурному градієнті 30°С/км. Розрахунок ведіть при середній температурі поверхні 10°С.

2) Яка постійна часу видобування тепла при закачуванні води і витраті її V =0,1 м3/(с∙км2)?

3) Яка теплова потужність видобувається спочатку і через 10 років?

 

Рішення

1) Температура на глибині z2 з (18)

Якість енергії відповідає її використанню на ГеоТЕС або для обігріву житла.

 

2) З (20) знаходимо тепловміст ( ) геотермальної води на 1 км2 площі (підставляючи щільність ґрунту і густину води у кг/км3)

 

3) Враховуючи (19) корисний тепловміст на 1 км2 площі ґрунту

 

 

4) За формулою (24) постійна часу видобування тепла

 

= 90 років.

 

5) Згідно (23) теплова потужність на початку видобування

, (25)

Перевірка:

6) Згідно (23) теплова потужність через 10 років видобування

4 Контрольні питання

 

1) Які з геотермальних джерел можна віднести до поновлюваних джерел енергії, а які – ні? Поясніть свою думку.

2) Яку температуру повинно мати геотермальне джерело для того щоб перетворювати цю енергію на електричну?

3) Які класи геотермальних районів Вам відомі? Охарактеризуйте кожний з них з точки зору придатності до використання для видобутку енергії.

4) Що таке природа гідротермальна циркуляція води? В яких геотермальних районах її можна використовувати?

5) Що таке комбінований режим використання геотермальної енергії і в чому його перевага?

6) Назвіть найбільш крупних споживачів геотермальної енергії?

7) Надайте схеми отримання теплоти з водоносних пластів і сухих гірських порід.

8) Які недоліки у геотермальних джерел енергії у порівнянні з іншими нетрадиційними і поновлюваними джерелами енергії?

9) Від яких величин залежить корисний тепловміст одиниці площі сухої скальної породи, що використовується як геотермальне джерело енергії?

10) Від яких величин залежить кількість геотермальної енергії водоносного пласта?

 


Рекомендована література

1. Корчемний М. Енергозбереження в агропромисловому комплексі/ М.Корчемний, В.Федорейко, В.Щербань. - Тернопіль; Підручники і посібники 2001 -С.410-449.

2. Кирюшатов А.И. Использование нетрадиционных возобновля-ющихся источников энергии в сельскохозяйственном производстве/ А.И.Кирюшатов. - М.: Агропромиздат 1991.- 96 с.

3. Твайделл Дж. Возобновляемые источники энергии/ Дж.Твайделл, А.Уэйр / Пер. с англ.-М.: Энергоатомиздат, 1990-С. 105-242.

 


Додаток А

(обов’язковий)

 

Таблиця А.1 – Вихідні дані для розрахунку сухих скальних порід

№ варі-анту Глибина z2 км Мінімально допустима температура що перевищує поверхневу на , 0С Температур-ний градієнт , °С/км Витрата води V м3/(с∙км2)
7,0 0,8
6,8 0,9
6,6
6,4 1,2
6,2 1,3
6,0 1,4
5,5 1,5
7,5 0,8
8,0 0,9
8,5
8,7 1,2
8,8 1,3
9,0 1,4
7,0 1,5
6,8 0,8
6,6 0,9
6,4
6,2 1,2
6,0 1,3
5,5 1,4
7,5 1,5
8,0 0,8
8,5 0,9
8,7
8,8 1,2
9,0 1,3

 


Додаток Б

(обов’язковий)

 

Таблиця Б.1 – Вихідні дані для розрахунку водоносних пластів

№ варі-анту Товщина водонос-ного пласта h, км Глибина залягання водоносного пласта z, км Температурний градієнт G, °С /км Швидкість викачування води (витрата), V, м3/(с·км2)
1. 0,5 3,2 0,1
2. 0,4 3,4 0,15
3. 0,6 0,20
4. 0,7 3,6 0,08
5. 0,3 3,8 0,1
6. 0,5 4,0 0,15
7. 0,4 4,2 0,20
8. 0,6 4,4 0,08
9. 0,7 4,6 0,1
10. 0,3 4,8 0,15
11. 0,5 5,0 0,20
12. 0,4 3,2 0,08
13. 0,6 3,4 0,1
14. 0,7 0,15
15. 0,3 3,6 0,20
16. 0,5 3,8 0,08
17. 0,4 4,0 0,1
18. 0,6 4,2 0,15
19. 0,7 4,4 0,20
20. 0,3 4,6 0,08
21. 0,5 4,8 0,1
22. 0,4 5,0 0,15
23. 0,6 3,2 0,20
24. 0,7 3,4 0,08
25. 0,3 0,1
26. 0,5 3,6 0,15