Геотермальная электрическая станция с электрической мощностью NЭ получает теплоту от воды из геотермальной скважины с температурой tГС

Процессы геотермального паросилового цикла:
1‒2 — адиабатное расширение в турбине;
2‒3 — изобарная конденсация и охлаждение в конденсаторе;
3‒4 — адиабатное сжатие в насосе;
4‒1 — изобарный нагрев и испарение в парогенераторе;
Хладон R134а (тетрафторэтан) — фреон на основе этана C2H6, у которого 4 атома водорода замещены четырьмя атомами фтора.
Химическая формула  CH2FCF3 ( C2H2F4 или CF₂H — CF₂H).
Рис. 2. Структура молекулы тетрафторэтана: черный шарик – углерод, зелёный – фтор, белый – водород.
Определим температуры хладона R134а в основных точках цикла:
точка 1 соответствует состоянию R134а после парогенератора и перед турбиной, в этой точке хладон R134а находится в состоянии сухого насыщенного пара и имеет температуру на 10 ℃ меньше температуры геотермальных вод:
t1=tГС-10=70-10=60 ℃ .
точка 2 соответствует состоянию хладона R134а на выходе из турбины и входу в конденсатор, температуру в точке 2 определим из условия
t2=tХВ+5+10=5+5+10=20 ℃ ,
положение самой точки 2 определится пересечением адиабаты s2=s1=const процесса расширения паров хладона R134а в турбине и изотермы t3=t2=const=20 ℃ процесса изобарного охлаждения влажного насыщенного пара хладона R134А в конденсаторе.
точка 2' соответствует завершению процесса конденсации R134а в конденсаторе, состояние хладона — насыщенная жидкость (х = 0).
Далее процесс в конденсаторе представляет собой изобарное охлаждение недогретой жидкости до температуры t3, которая ниже температуры насыщения t2 на 5 ℃:
t3=t2-5=20-5=15 ℃ ,
Таким образом, получаем точку 3 — выход из конденсатора и вход в насос: она лежит на пересечении изобары p3=pst2=const и изотермы t3=const.
Точка 4 соответствует состоянию хладона R134а на выходе из насоса и входе в парогенератор, рабочее давление в парогенераторе будет соответствовать давлению насыщения хладона R134а при рабочей температуре на входе в турбину t1=60 ℃ :
p4=pst1 .
Процесс нагнетания насоса происходит с одной стороны адиабатно (s4=s3=const), а с другой стороны — изохорно (v4=v3=const), т.к . жидкость — практически несжимаемая среда. Т.о., точка 4 получается в результате пересечения адиабаты s4=s3=const и изобары p4=const.
С помощью приложения Refrigeration Utilities построим термодинамический цикл хладона R134а для геотермального цикла и определим основные параметры хладона R134а в основных точках цикла (см. рис. 3), а так же с помощью программы REFPROP найдем энтальпии конденсаторной и парогенераторной воды при давлении 0,1 МПА и характерных температурах на входе и выходе.
Для удобства дальнейших расчетов параметры хладона R134а занесём в таблицу 2, воды — в таблицу 3.
Таблица 2
Термодинамические параметры R134а в характерных точках цикла
t, ℃
p, бар
h, кДж/кг
v, м3/кг
s, кДж/кг∙К
х *
1 60 16,813 425,96 0,01141 1,70 1
2 20 5,715 404,57 0,03518 1,70 0,979
2'
20 5,715 227,25 0,00464 1,095 0
3 15 5,715 220,29 — 1,072 —
4 15 16,813 220,30 — 1,072 —
* х — степень сухости влажного насыщенного пара.
Таблица 3
Энтальпия и удельная изобарная теплоёмкость воды на входе / выходе конденсатора и парогенератора
Temperature t Pressure p Enthalpy h сp
(°C) (MPa) (kJ/kg) (kJ/kg-K)
5 0,1 21,1186 4,20504
15 0,1 63,0756 4,18847
50 0,1 209,417 4,18135
70 0,1 293,121 4,19007
Рис. 3. h‒lg p диаграмма цикла геотермальной ТЭЦ на хладоне R134а.
Термический КПД геотермальной электрической станции ηt
находится по общепринятой формуле, которая не учитывает недогрев хладона на выходе из конденсатора (см