3.4.3. Сравнение способов регулирования

1. При регулировании степенью открытия крана (рабочая точка располагается на исходной характеристике насоса):

Q =6,510^-3 м³/с, H=31м, =0,42 .

2. При регулировании оборотами (рабочая точка располагается на исходной характеристике сети):

Q =6,510^-3 м³/с, H=20м, =0,42 .

Определяем мощность приводного двигателя.

• При регулировании степенью открытия крана:

N = 7929,8316,510^-3 /0,42 = 3,7кВт

• При регулировании оборотами:

N = 7929,8206,510^-3 /0,42 = 2,4кВт

При регулировании оборотами снижение мощности составляет:

N/N =(3,7 – 2,4)/ 3,7=0,35 = 35%.

ВЫВОДЫ

1. Определена рабочая точка насоса ХЦМ 30/25 В-К при его работе в заданную гидравлическую сеть. Её параметры: Q=7,010^-3 м³/с, H=29м,  = 0,4.

2. Определен минимальный диаметр всасывающего трубопровода из условия бескавитационной работы. Он равен 8510^-3 м. Поскольку этот диаметр меньше заданного (140мм), диаметр всасывающего трубопровода оставлен как в условии задачи.

3. Определена степень открытия крана, равная 0,15, при которой расход в системе будет равен 0,8Q.

4. Определены обороты двигателя, равные 2541,5 об/мин., при которых расход в системе будет равен 0,8Q .

5. Сравнение показало, что при регулировании оборотами выигрыш в мощности составляет 35 %.

4.Специальная часть

Развитие нашей цивилизации в ХХ веке, которое носило быстрый, почти взрывной характер, потребовало резкого наращивания производства энергии и широкого использования невозобновляемых природных ресурсов (угля, нефти, природного газа и др.). Их доля составила 85% общего производства первичной энергии в мире, достигшего в начале ХХI в. более 10 млрд. т н.э.

Электроэнергетика характеризуется наиболее высокими темпами роста. Так, производство электроэнергии в мире во второй половине ХХ в. увеличилось в 14 раз, в основном за счет сжигания органического топлива, достигнув в 2000 году 14100 млрд. кВт/ч, в том числе около 19% за счет использования возобновляемых гидроэнергетических ресурсов и 16% за счет использования атомной энергии.

Однако, если на протяжении тысячелетий человечество жило в гармонии с природой, то именно во второй половине ХХ в. в связи с резким увеличением антропогенной нагрузки на нее и тяжелыми экологическими последствиями наиболее остро встала проблема охраны окружающей среды, нахождения равновесия между обеспечением экономических и социальных потребностей общества и ее сохранением.

Достигнув чрезвычайно высокого уровня развития энергетики, промышленности, транспорта, урбанизации, оружия массового уничтожения, человечество все больше влияет на окружающую среду, что уже привело к глобальному экологическому кризису.

Миллиарды лет создавался тонкий и сложный баланс биосферы Земли, и сегодня человечество, являющееся частью биосферы, разрушает его, загрязняя атмосферу, гидросферу, почву, что во многом связано с получением энергии.

Мы знаем насколько уязвим мир природы и как легко нарушить экологическое равновесие с необратимыми последствиями.

Глобальными проблемами нашей цивилизации, с которыми человечество вошло в ХХI век, являются обеспечение человеческого сообщества энергией для социально-экономического развития; сохранение безопасного состояния окружающей среды для жизнедеятельности общества, учитывая возможные катастрофические последствия для человечества его нарушения.

Для эффективного решения этих проблем необходима скоординированная политика мирового сообщества.

Трудно прогнозировать будущее, но и не прогнозировать его нельзя, так как требуется подготовка мирового сообщества для своевременного формирования условий, обеспечивающих социально-экономическое развитие, необходимые для этого энергетические ресурсы и преодоление экологического кризиса, учитывая инерционность данных процессов.

Прогнозы, основанные на расчетах и моделировании развития общества в ХХI веке, сложившаяся социально-экономическая ситуация в различных странах мира и тенденции ее развития говорят о неуклонном росте энергопотребления в будущем. Так, потребление электроэнергии по сравнению с 2000 г. должно вырасти к 2030 г. в 2 раза, а к 2050 г. в 4 раза. Тепловая и атомная энергетика останутся основой электроэнергетики при максимальном использовании гидроэнергетических ресурсов и других возобновляемых источников энергии.

При этом необходимо исходить из признания того, что энергетика, экономика, природная среда и человек взаимосвязаны и неразделимы.

Для человечества наступил «момент истины», когда необходимо сделать выбор способов своего сохранения и путей прогресса, изменить стратегию собственного поведения, обеспечив разумное управление развитием, произвести переоценку существующей системы ценностей. Нельзя больше использовать энергию и управлять энергоресурсами так расточительно и негуманно.

Человечество переживает период перехода от индустриального общества с характерными для него большими затратами энергии к обществу знаний с высокоразвитыми технологиями и глубокой экономической, социальной и духовной перестройкой жизни общества в рамках появляющихся ограничений, обеспечивающей сбалансированное, устойчивое его развитие.

Накопленный огромный запас знаний, современное состояние развития науки, техники и экономики позволяют мировому сообществу эффективно решать эти проблемы.

В ХХI веке значительный рост мирового потребления электроэнергии должен обеспечиваться применением принципиально новых высокоэффективных технологий производства электроэнергии в тепловой энергетике, основанных на экологических критериях, а также технологий, не связанных со сжиганием органического топлива, максимальным использованием возобновляемых источников энергии и сопровождаться резким повышением эффективности энергопотребления за счет энергосбережения.

Одним из приоритетных направлений развития энергетики в ХХI в. является широкое использование возобновляемых источников энергии, имеющих огромные ресурсы, что позволит снизить отрицательное влияние энергетики на окружающую среду, повысить энергетическую и экологическую безопасность.

К традиционным источникам энергии относятся: невозобновляемые, включающие уголь, природный газ, нефть, уран; возобновляемые, включающие гидроэнергетику, древесину в виде дров.

Современная энергетика в основном базируется на невозобновляемых источниках энергии, которые, имея ограниченные запасы, являются исчерпаемыми и не могут гарантировать устойчивое развитие мировой энергетики на длительную перспективу, а их использование – один из главных факторов, приводящий к глобальному ухудшению состояния окружающей среды и ее кризисному состоянию.

К нетрадиционным (альтернативным) относятся возобновляемые источники энергии (ВИЭ), которые используют потоки энергии Солнца, энергию ветра, теплоты Земли, биомассы, морей и океанов, рек, существующие постоянно или периодически в окружающей среде и в обозримой перспективе соответственно практически неисчерпаемые. Все ВИЭ разделяются на две группы, использующие прямую энергию солнечного излучения и ее вторичные проявления (косвенная солнечная энергия), а также энергию взаимодействия Солнца, Луны и Земли.

Результатом косвенной деятельности Солнца являются соответствующие эффекты в атмосфере, гидросфере и геосфере в виде энергии ветра, гидроэнергии, энергии течений, волн, приливной энергии, тепловой энергии окружающей среды и др.

К нетрадиционным возобновляемым источникам энергии относится малая гидроэнергетика с ГЭС мощностью до 30 МВт, а в ряде стран до 10 МВт.

Основными преимуществами ВИЭ по сравнению с традиционными невозобновляемыми источниками являются:

практически неисчерпаемые ресурсы;

снижение отрицательного влияния на окружающую среду, включая выбросы различных загрязняющих веществ, парниковых газов, радиоактивное и тепловое загрязнение и др.

Основными факторами, ограничивающими использование нетрадиционных ВИЭ, являются:

малая плотность энергетического потока, которая составляет, например, для солнечной энергии на поверхности земли 1,36·10-3 МВт/м2, ветровой при скорости ветра 10 м/с – 6·10-4 МВт/м2, геотермальной – 3·10-8 МВт/м2, в то время как для энергии АЭС – 0,2 МВт/м2 ;

значительная неравномерность выработки энергии во времени и ее использования;

относительно высокие капиталоемкость энергетических установок и стоимость вырабатываемой электроэнергии.

Необходимость широкого использования ВИЭ определяется быстрым ростом потребности в электрической энергии, которая по прогнозам должна увеличиться по сравнению с 2000 г. в 2 раза к 2030 г. и в 4 раза к 2050 г.; исчерпанием в обозримом будущем разведанных запасов органического топлива; кризисным состоянием окружающей среды в связи с загрязнением оксидами азота и серы, углекислым газом, пылеподобными частицами от сгорания топлива, радиоактивным и тепловым загрязнением и др.

Возобновляемые источники энергии имеют принципиальные отличия, поэтому их эффективное использование является возможным на основе научно разработанных принципов превращения энергии ВИЭ в виды, необходимые потребителям. В окружающей среде всегда существуют потоки возобновляемой энергии, поэтому в процессе развития возобновляемой энергетики необходимо ориентироваться на местные энергоресурсы, выбирая наиболее эффективные из них. Использование ВИЭ должно быть многовариантным и комплексным, что позволит ускорить экономическое развитие регионов. Например, хорошей базой для использования ВИЭ могут служить агропромышленные комплексы, где отходы животноводства и растениеводства являются сырьем для получения биогаза, а также жидкого и твердого топлива, производства удобрений.

Для эффективного планирования энергетики на возобновляемых энергоресурсах необходимо: во-первых, систематическое исследование окружающей среды, аналогичное исследованиям геологического характера при поисках нефти или газа, во-вторых, изучение потребностей конкретного региона в энергии для промышленного, сельскохозяйственного производства и бытовых потребностей. В частности, чтобы выбрать наиболее экономичный источник энергии, необходимо знать структуру потребителей энергии.

Одной из важнейших характеристик возобновляемых источников энергии является их энергетический потенциал – показатель, определяющий количество энергии, свойственное соответствующему виду ВИЭ.

Для оценки энергетических ресурсов возобновляемых источников энергии, возможных для использования, различают следующие виды энергетического потенциала ВИЭ:

теоретический, характеризующий общее количество энергии;

технический – часть теоретического потенциала, которую принципиально можно использовать при помощи современных устройств;

экономически эффективный – часть технического потенциала, которую в настоящее время целесообразно использовать, исходя из экономических, социальных, экологических и других факторов.

Рис. 17. Схема использования солнечного соляного пруда для получения электрической энергии: 1 – дамбы; 2 – горячая вода с высокой концентрацией соли; 3 – охлаждающая вода с низкой концентрацией соли; 4 – теплообменный аппарат; 5 – турбина; 6 – генератор; 7 – конденсатор; 8 – циркуляционные насосы; 9 – питательный насос

Активное использование солнечной энергии может быть осуществлено с помощью солнечного соляного пруда. Такие пруды являются хорошими аккумуляторами солнечной энергии. Благодаря тому, что плотность солевого раствора в нижних слоях по сравнению с верхними значительно выше, в таких прудах практически отсутствует конвективный тепломассообмен, в результате чего в придонной зоне пруда создается слой воды с высокой температурой. Такое свойство соляных прудов может быть использовано для получения электрической энергии.

Одним из основных преимуществ возобновляемой нетрадиционной энергетики является уменьшение негативного воздействия на окружающую среду в сравнении с традиционными источниками энергии, при этом каждый вид источников оказывает на нее различное как прямое, так и косвенное влияние.

При использовании возобновляемых нетрадиционных источников энергии снижаются выбросы различных загрязняющих веществ, в том числе парниковых газов, по сравнению с традиционными источниками энергии. ВИЭ могут также играть роль в уменьшении местного загрязнения атмосферы, улучшая качество воздуха в городах и зонах отдыха.

Энергосбережение стало одной из приоритетных задач человека из-за дефицита основных энергоресурсов, возрастающей стоимости их добычи, а также в связи с глобальными экологическими проблемами.

В последние десятилетия практически во всех странах ужесточились требования национальных законодательств и нормативов по охране окружающей среды, регламентируя приоритетность обеспечения экологической безопасности во всех видах деятельности.