М ІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Кафедра електропостачання

РОЗРАХУНКОВА РОБОТА

з дисципліни: «Мікроенергетичні системи та активні споживачі»

на тему: «Техніко-економічне обґрунтування структурного та функціонального контенту розосередженої мікроенергостанції з врахуванням енергетичних характеристик котеджу, метеорологічних особливостей та сировинної бази міста Одеси»

Студента V курсу групи ОЕ-41м

напряму підготовки 6.050701 Електротехніка та електротехнології

спеціальності 7.05070103 Електротехнічні системи електроспоживання

Степанеля Я.І.

Керівник: доц., канд. техн. наук Ковальчук А.М

Традиційна оцінка ____________________

Кількість балів: _____ Оцінка: ECTS _____

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Кафедра електропостачання

Дисципліна ЗП-15 «Розосереджена генерація в системах енергопостачання»

Спеціальність 8.05070103 «Електротехнічні системи електроспоживання».

Курс 5 група ОЕ-41м

ЗАВДАННЯ НА РОЗРОБКУ КУРСОВОЇ РОБОТИ

студента V курсу групи ОЕ-41м

Степанеля Яна Ігоровича

1 Тема роботи: «Техніко-економічне обґрунтування структурного та функціонального контенту розосередженої мікроенергостанції з врахуванням енергетичних характеристик котеджу, метеорологічних особливостей та сировинної бази міста Одеси»

2 Термін завершення роботи: ________________________

3 Вихідні дані:

• регіон (область) – Одеська область;

• населений пункт – місто Одеса;

• назва об’єкта – котедж;

• досліджуваний період часу – 2012 рік.

Дата видачі завдання ___.____._________ р.

Завдання видав ______________________ А.М. Ковальчук

Завдання отримав ______________________ Я.І. Степанель

ЗМІСТ

ВСТУП 4

1 ОСНОВНА ЧАСТИНА 6

1.1 Аналіз метеорологічних даних міста Одеси та його сировинної бази 6

1.2 Теплотехнічні характеристики будівлі, потреба у тепловій енергії на опалення, ГВП та вентилювання 12

1.3 Визначення та аналіз графіків електричного навантаження будівлі 22

1.4 Визначення ефективності впровадження вітроенергетичної установки для потреб енергозабезпечення об’єкта 31

1.5 Визначення ефективності впровадження повітряного теплового насосу для потреб системи опалення та кондиціонування об’єкту 36

1.6 Визначення ефективності впровадження фотовольтаїчної системи для потреб енергозабезпечення об’єкта 43

1.7 Розрахунок системи акумулювання електричної енергії 50

1.8 Розрахунок системи теплоакумулюючого електроопалення з застосуванням твердо тільних (магнезитових) накопичувачів 53

1.9 Загальні висновки та рекомендації щодо пріоритетності енерготехнологій 57

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ 58

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 59

ДОДАТОК А 60

ВСТУП

Виробництво енергії , що є необхідним засобом для існування і розвитку людства, впливає на природу і навколишнє середовище людини . З одного боку в побут і виробничу діяльність людини настільки твердо увійшла тепло- і електроенергія, що людина навіть і не мислить свого існування без неї і споживає самі собою зрозумілі невичерпні ресурси. З іншого боку , людина все більше і більше свою увагу загострює на економічному аспекті енергетики і вимагає екологічно чистих енергетичних виробництв. Це говорить про необхідність вирішення комплексу питань, серед яких перерозподіл коштів на покриття потреб людства, практичне використання в народному господарстві досягнень, пошук і розробка нових альтернативних технологій для вироблення тепла та електроенергії і т.д.

У другій половині ХХ століття перед людством повстала глобальна проблема - це забруднення навколишнього середовища продуктами згоряння органічного палива. Навіть якщо розглядати окремо кожну галузь цієї проблеми, то картина буде складатися жахлива. Приміром , ось дані статистики за викидами в навколишнє середовище шкідливих речовин автомобілями: з вихлопними газами автомобілів в атмосферу потрапило 14,7 мільйона тонн оксиду вуглецю, 3,4 мільйона тонн вуглеводнів, близько одного мільйона тонн оксидів азоту, більше 5,5 тисячі тонн високотоксичних сполук свинцю. І це дані на далекий 1993 і якщо врахувати , що кожен рік з конвеєрів автомобільних заводів сходить понад 40 мільйонів машин, і темпи виробництва зростають, то можна сказати, що вже через десять років всі великі міста світу загрузнуть в смогу. До цього ще необхідно додати продукти згоряння палива на теплових електростанціях, затоплення величезних територій гідроелектростанціями та постійна небезпека в районах АЕС. Але у цієї проблеми є і друга сторона медалі: всі нині використовувані джерела енергії є вичерпаними ресурсами. Тобто через сторіччя при таких темпах споживання вугілля, нафти і газу населення Землі загрузне в енергетичній кризі .

Тому нині перед усіма вченими світу стоїть проблема знаходження та розробки нових альтернативних джерел енергії.

У даній роботі будуть розглянуті проблеми використання та застосування нових видів палива та технологій, які можна було б назвати безвідхоними і невичерпними. Розроблені способи зменшення використання тіх чи інших енергоресурсів.

1 Основна частина

1.1 Аналіз метеорологічних даних міста Одеси та його сировинної бази

1. Знаходимо статистичні дані щодо метеорологічних характеристик міста Одеса за 2012 рік, а саме: напрям та швидкість вітру на висоті 10м і температура на висоті 2 м, над рівнем землі. Використовуємо значення отримані в аеропорту Одеси [1].

2. Дані приводимо до форми, придатної для подальшої комп’ютерної обробки в таблицях Excel: температура, швидкість і напрям вітру визначені на кожному півгодинному інтервалі 2012 року.

3. За даними температури повітря будуємо графіки температурних умов (рисунок 1):

Рисунок 1 - Графік температурних умов 2012 року

4. Будуємо діаграми тривалості температурних режимів (рисунок 2). Для цього складаємо таблицю тривалості певної температури у 2012 році (таблиця 1):

Таблиця 1 - Тривалість температурних режимів 2012р.

T,°С	-21	-20	-19	-18	-17	-16	-15	-14	-13	-12	-11	-10	-9	-8	-7
t, год	0,5	5	3,5	12,5	10	35	39	41,5	36,5	39	48,5	55	57,5	86,5	97
T,°С	-6	-5	-4	-3	-2	-1	0	1	2	3	4	5	6	7	8
t, год	135	134,5	116	124,5	168	180	245,5	232	270	243	173,5	258,5	232,5	247,5	175,5
T,°С	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
t, год	166,5	210	209,5	207	202	213,5	277	296,5	320	304,5	275,5	268	260,5	276,5	295,5
T,°С	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37
t, год	270,5	242	174,5	173	156,5	107	89,5	76	51,5	44	45	45,5	18,5	1,5

Рисунок 2 - Діаграма тривалості температурних режимів 2012р.

5. Будуємо троянду вітрів для напрямів Північ – Півн.Схід – Схід – Півд.Схід – Південь – Півд.Захід – Захід – Півн.Захід з розподілом за інтенсивністю вітрової активності за діапазонами 1…>0,5; 0,5…>0; 0 (де значенню 1 відповідає швидкість вітру V_max).

Для побудови розподіляємо тривалість вітрової активності за напрямками та швидкістю (табл. 2).

Таблиця 2 – Тривалість режимів вітрової активності за напрямком 2012р.

Напрям вітру		При швидкості вітру 0,5Vmax - Vmax, год	При швидкості вітру 0 - 0,5Vmax, год	Штиль, год
	Північ	138	1732,5	101,33
	Півн.Схід	139,5	796,5	101,33
	Схід	21	770	101,33
	Півд.Схід	14,5	446,5	101,33
	Південь	85,5	1314,5	101,33
	Півд.Захід	47,5	599,5	101,33
	Захід	20,5	447	101,33
	Півн.Захід	91,5	885,5	101,33
	Змінний	0	322	101,33

За допомогою програмного забезпечення (MO Excel) виконуємо побудову троянд вітрів 2012року (рисунок 3).

Рисунок 3 – Троянда вітрів 2012р.

6. Будуємо діаграми тривалості режимів вітрової активності (рисунок 4).

Попередньо складаємо таблиці тривалості режимів вітрової активності.

Таблиця 3 – Тривалість режимів вітрової активності 2012р

V, м/с	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
t, год	912	310	1241,5	1489	1332	1136	801,5	611,5	392,5	244,5	164,5	88,5	39,5	13,5	5,5	1	0,5	0,5

Рисунок 4 - Діаграма розподілу вітрового потенціалу за швидкостями протягом 2012р.

7. За даними щодо інтенсивності сонячної радіації [2] для міста Одеси будуємо графік інтенсивності сонячної інсоляції (рисунок 5).

Рисунок 5 – Середня інсоляція на горизонтальну поверхню протягом 2012р

Висновок. Клімат Одеси помірно континентальний, з м’якою зимою, відносно затяжною весною, теплим довгим літом і осінню. Середньорічна температура – 10 ^оС, що вимагає наявності хорошої опалювальної системи.

Відносно висока сонячна інсоляція і вітрова активність дозволяє сміливо використовувати альтернативні джерела енергії.

Розташування на берегу Чорного моря, розвинена металургія і металообробка, нафтопереробка, дає вільний доступ до всіх необхідних ресурсів і сировини, що необхідні для побудови якісної енергетичної системи.