Завдання розділу 1

При заданій добовій щільності сонячного теплового потоку необхідно розрахувати геометричні параметри геліоколектора і економічну доцільність використання ГЕУ. Об’єт обігріву - водогрійний котел. Дублююче джерело – індивідуальна котельня. Вартість виробленої теплової енергії на котельні –

С = 72 грн/ГДж. Величину річного нормативного коефіцієнта економічної ефективності приймемо рівним Е_н = 0,0625 в.о., а норму відрахувань на покриття експлуатаційних витрат – а = 0,00625 в.о./рік Теплові погодинні втрати теплової енергії водогрійного котла (ВК) ∆Q=0,083 кВт∙год/м³. Геліоенергетична установка сезонної дії з прийнятим ККД – η = 0,45 в.о. і вартістю В_г = 600 грн./м². Строк роботи за термін року з травня по вересень включно. Розрахунковий місяць – липень. Принцип роботи ГЕУ пояснено на рис.1. [2].

Рис. 1. Система теплопостачання водогрійного котла від ГЕУ,

де 1 – геліоколектор, 2 – теплоізоляція, 3 - теплообмінник.

Якщо умови економічної ефективності не виконуються, то необхідно навести заходи для їх усунення.

Таблиця 1.1 – Вхідні дані для розрахунку ГЕУ.

№ варіанту	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
V, м3	15	25	30	45	50	70	80	90	100	250
№ варіанту	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
V, м3	400	450	500	625	700	800	960	1100	1200	1250
№ варіанту	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
V, м3	1300	35	60	75	150	200	960	1400	1500	350

Таблиця 1.2 – Результати розрахунку ГЕУ.

К, грн	Qд, ГДж/добу	Qдр, ГДж/рік	Vак, м2	А, м2	WГЕУ, ГДж∙год/рік	Lек, в.о.

Приклад рішення

Вхідні дані. Розрахувати площину колектора ГЕУ для підтримання температурного режиму водогрійного котла об’ємом 1000 м³ та обґрунтувати економічну доцільність використання ГЕУ.

Рішення.

1. Визначимо добові витрати енергії на підтримання температурного режиму водогрійного котла:

= 0,083∙24∙1000∙3,6∙10⁶ = 7,2 ГДж/добу

2. За формулою 1 визначаємо площину колектора ГЕУ:

7,2 / 0,45∙0,02 = 800 м²

3. Визначимо об’єм бака-акумулятора:

V_ак = k_ак∙А = 0,08∙800 = 64 м²

де k_ак – коефіцієнт, який враховує співвідношення площини геліоколектора і бака акумулятора, k_ак = 0,08 в.о..

4. Визначимо річні обсяги виробленої ГЕУ теплової енергії [3], при умові, що Кн_ГЕУ, Кв_ГЕУ =1.

де t∙- кількість діб в місяці, t =30 в.о.;

5. Перевіримо економічну доцільність використання ГЕУ:

(0,0625+0,00625) 480000 / 72∙7,2∙30∙5 = 0,42 < η=0,45

де К = А∙В_г = 800∙600 = 480000 грн;

Q_p – річні витрати енергії на підтримання температурного режиму водогрійного котла від централізованої системи (котельні), Q_p = Q_д∙t∙Т_с, ГДж/рік.

Висновок: За даними співвідношення критерію ефективності установки сонячного гарячого водопостачання і її ККД встановлена позитивна економічна доцільність її використання.

Для випадків невиконання умов економічної ефективності надати заходи щодо її підвищення: …………………………………………………………….. .

Контрольні питання

1. Що необхідно враховувати при визначенні площини геліоколектора?

2. Як залежить площина геліоколектора від щільності теплового сонячного потоку?

3. З яких основних складових складається ГЕУ?

4. Від чого залежить ефективність роботи ГЕУ?

2. Розрахунок основних параметрів і оцінки ефективності використання вітроелектричних станцій (ВЕС).

Навчальна мета:

Засвоєння студентами методики розрахунку основних параметрів ВЕС і визначення оцінки ефективності від її використання.

Програма роботи:

1. Ознайомитись з принципом роботи і призначенням ВЕС установок.

2. Отримати практичні навики при визначенні площини та діаметру лопатей вітроколеса ВЕС.

3. Визначити обсяги енергії, вироблені ВЕС.

4. Зробити оцінку ефективності використання ВЕС.

Вимоги до складення звіту

Звіт про виконану роботу повинен мати:

1. Мету і програму роботи.

2. Вхідні данні.

3. Приклад рішення та результати розрахунків, зведених в таблицю.

4. Висновки за результатами розрахунків.

Основні теоретичні положення

Вітрова електростанція призначена для перетворення енергії вітру спочатку в механічну, а потім за допомогою генератора в електричну енергію. Принцип роботи ВЕС пояснюється на рис. 2.1.[2].

Рис. 2.1. Система теплопостачання водогрійного котла від ВЕС, де 5 – ТЕН.

Вітровий потік примушує вітроколесо 1 утворювати механічну енергію тобто обертовий рух, який підсилюється при використанні редуктора 3. Редуктор передає механічну енергію на генератор 4, де відбувається її перетворення в електричну. Кожний етап перетворення характеризується певними втратами енергії, які необхідно враховувати при визначенні потужності або обсягів виробленої енергії ВЕС.

Електричну енергію за термін t, вироблену ВЕС, з урахуванням [1, 3] визначимо за формулою:

(2.1)

де К_Н- коефіцієнт незбігання графіка навантаження споживача з наявністю енергії ВЕС, К_Н = (0 - 1)в.о.;

К_И- коефіцієнт ймовірної наявності вітрової енергії на протязі доби,

К_И = (0,2-0,4) в.о.;

Σ - загальне ККД редуктора між вітроколесом і генератором, з урахуванням втрат в системі регулювання та перетворення механічної енергії в електричну в генераторі; врахування коефіцієнта технічної готовності вітроустановки та коефіцієнта, що враховує зупинки вітроустановки внаслідок відсутності вітру, обмерзання та налипання мокрого снігу, ожеледі на лопатях та інше, Σ = (0,75–0,85) в.о.;

t - час використання електроенергії ВЕС, год.

Р_ВЕС – потужність ВЕС, кВт [2], де

(2.2)

де ξ – коефіцієнт використання енергії вітру вітроколесами різноманітних конструкцій, ξ = (0,3-0,45) в.о.;

 - густина потоку повітря,  ≈ 1,2 кг/м³;

_j- швидкість вітру j-го сезону, за даними [1] для Харківської обл. середньорічна швидкість повітря _j = 4,5 м/с;

А- площина поверхні, охопленої лопатями вітроколеса, А=πD²/4, м²,

де D – діаметр вітроколеса, м;

Критерій ефективності L_ек використання ВЕС залежить від капітальних вкладень в установку К, нормативного коефіцієнта економічної ефективності за термін року Е_н, обсягів купленої та використаної електричної енергії від централізованої системи за термін року W_р та її вартості С_e. Систему енергопостачання з використанням ВЕС використовувати доцільно, коли виконуються умови (1.3) [1]:

де а – норма відрахувань на покриття експлуатаційних витрат (при відсутності нормативних даних за термін експлуатації а = 0,1 в.о., тоді при терміні експлуатації Т=20 років річна величина експлуатаційних витрат дорівнює: а=0,1/Т=0,1/20=0,005 в.о.).

η_в – загальне ККД вітроелектростанції, η_в = Σ∙ξ = 0,8∙0,45 = 0,36 в.о..