- •Дополнительные элементы
- •140100.62 Направление подготовки «Теплоэнергетика и теплотехника», профиль «Энергообеспечение предприятий»
- •1. Введение
- •Солнечная энергетика
- •Терминология
- •2. Сведения из сопутствующих технических дисциплин
- •2.1. Закон сохранения энергии, уравнение Бернулли.
- •2.2. Закон сохранения количества движения
- •2.3. Вязкость
- •2.4. Турбулентность
- •2.5.Трение при течении в трубах
- •3. Теплоперенос
- •3.1. Метод тепловой цепи и терминология
- •3.2. Теплопроводность
- •3.3. Конвективный теплообмен
- •3.4. Радиационный перенос
- •3.5. Свойства прозрачных веществ
- •3.6. Теплоперенос посредством теплоносителя
- •3.7. Смешанный теплоперенос и его тепловая цепь
- •4. Солнечное излучение
- •4.1. Космическое солнечное излучение
- •4.2. Геометрия Земли и Солнца
- •5. Нагревание воды солнечным излучением
- •5.1. Расчёт теплового баланса
- •5.2. Открытые нагреватели
- •5.3. Закрытые нагреватели
- •5.4. Системы с изолированным накопителем.
- •5.5.Селективные поверхности.
- •5.6. Вакуумированные приёмники
- •6. Другие применения солнечной энергии
- •6.1. Подогреватели воздуха
- •6.2. Зерносушилки
- •Водяной пар и воздух
- •6.3. Солнечные отопительные системы
- •6.4. Охлаждение воздуха
- •6.5. Опреснение воды
- •6.6. Солнечные пруды
- •6.7. Концентраторы солнечной энергии
- •6.8. Солнечные системы для получения электроэнергии.
- •7. Фотоэлектрическая генерация.
- •7.1. Поглощение фотонов.
- •8. Энергия ветра
- •8.1. Ветроэнергетический кадастр
- •8.2. Классификация ветроустановок
- •Технико – экономические характеристики зарубежных вэу
- •8.3. Основы теории ветроэнергетических установок. Преобразование энергии ветра
- •8.4. Лобовое давление на ветроколесо
- •8.5.Крутящий момент.
- •8.6. Характеристики ветра.
- •8.7. Использование ветроколесом энергии ветра.
- •8.8. Удельные мощность и энергия ветрового потока.
- •9.Гидроэнергетика.
- •9.1. Основные принципы использования энергии воды.
- •9.2. Активные гидротурбины.
- •9.3. Размер струи и размер сопла.
- •9.4. Размер колеса турбины и его угловая скорость.
- •9.5. Реактивные гидротурбины.
- •9.6. Гидроэлектростанции.
- •Основные технические характеристики микрогидроэлектростанций
- •Основные технические характеристики гидроагрегатов с пропеллерными
- •10. Геотермальная энергия.
- •11. Энергия Мирового океана.
- •11.1. Энергия приливов и отливов.
- •11.2. Основы теории приливов.
- •11.3. Мощность приливных течений.
- •11.4. Энергия волн.
- •11.5. Энергия и мощность волны.
- •11.6. Отбор мощности от волн.
- •11.7. Утка Солтера. Утка Солтера является устройством, обладающим весьма высокой эффективностью преобразования энергии волн. Форма её обеспечивает максимальное извлечение мощности.
- •12. Энергия биомассы.
- •12.1. Классификация основных типов процессов, связанных с переработкой биомассы.
- •Биохимические
- •Агрохимические
- •12.2. Производство биомассы для энергетических целей.
- •12.3. Сжигание биотоплива для получения тепла.
- •12.4. Пиролиз (сухая перегонка).
- •Выход этанола из различных культур Бразилии
- •12.5. Получение биогаза путём анаэробного сбраживания.
- •250С полностью сбраживают исходные продукты.
- •13. Аккумулирование и передача энергии на расстояние.
- •Химическое аккумулирование.
- •Аккумулирование тепла.
- •Свинцово – кислотные батареи.
- •Механическое аккумулирование.
- •Маховики.
- •Сжатый воздух.
- •Транспорт биомассы.
- •Транспорт тепла.
- •14. Заключение
- •Динамика прироста мощностей ветроустановок в мире, мВт
- •Стоимость угля, нефти и газа растёт, а их природные ресурсы сокращаются.
- •Литература
Солнечная энергетика
В производстве фотоэлементов наблюдается настоящий бум. В 1999г. годовое производство электроэнергии составило 200 МВт.
Страны – лидеры: Япония - 80, США - 60, Германия - 50, (Россия - 0,5).
Солнечные водонагреватели – Япония – 7 млн.м2, США - 4, Израиль - 2,8, Греция - 2,0, Россия - 0,1 млн.м2.
Ветроэнергетика
На начало 2008г. мощности в мире составили 94172 МВт. Германия – 22300, США - 16850, Испания - 15200, Индия – 8000, Россия – 16,5 МВт.
Гидроэнергетика
Из установленных в мире ГЭС мощностью 670ГВт на долю России приходится 44ГВт. Малые ГЭС до 1000-3000кВт: Китай планирует ввести с 2002г.-40000 станций, Индия- 4000 станций.
Геотермальная энергия
В мире до 2000г. введено установок мощностью-8000МВт:
США-2228, Филлипины - 1909, Италия -785, Мексика - 755, Индонезия -589.
В России 12 геотермальных энергоблоков мощностью 83,7 МВт.
Биомасса
Число установок в мире превысило 6млн. шт. (лидеры - Китай и Индия).
Можно выделить 5 основных причин, обусловивших развитие ВИЭ:
- обеспечение энергетической безопасности;
- сохранение окружающей среды и обеспечение экологической безопасности;
- завоевание мировых рынков ВИЭ;
- сохранение запасов собственных энергоресурсов для будущих поколений;
- увеличение потребления сырья для неэнергетического использования топлива
(пластмассы, ткани и т.д.).
В России, богатой невозобновляемыми источниками энергии
(нефть,газ, уголь), использованием ВИЭ в первую очередь следует заниматься в районах Крайнего Севера, Дальнего Востока и Сибири, куда ежегодно завозится 6 млн.т. жидкого топлива (дизтопливо, мазут) и 25млн.т. угля. На завоз тратится более половины бюджета этих территорий. В этих районах проживает до 15 млн. чел.
Таблица 1.1.
Недостатки и преимущества различных видов энергии
|
Источник энергии |
Недостатки |
Преимущества |
|
1 |
2 |
3 |
|
Невозобновляемые источники энергии | ||
|
Нефть |
Транспортные аварии, утечки нефти, пожароопасность, выделение окислов серы и взвешенных частиц, потребление кислорода и выделение СО2 |
Лёгкость распределения, удобный источник энергии, лёгкость хранения, пригодность к непосредственному использованию. |
|
1 |
2 |
3 |
|
Уголь |
Транспортировка, аварии в шахтах, необходимость отведения больших земельных участков и их опустошение, выделение серы, окислов азота, токсических металлов и золы, необходимость удаления шлака, потребление кислорода и выделение С2 |
Значительные потенциальные ресурсы, лёгкость хранения, пригодность к непосредственному использованию. |
|
Природный газ |
Пожароопассность, аварии газопроводов, транспортные аварии при перевозке сжиженного газа, потребление кислорода и выделение СО2, выделение микрозагрязнителей (ртуть). |
Большая степень чистоты, удобный источник энергии, отсутствуют проблемы переработки, лёгкость распределения, пригодность к непосредственному использованию. |
|
Ядерная энергия |
Обращение с радиоактивными материалами и их транспортировка, удаление радиоактивных отходов, меры по ядерной безопасности, возможность аварии со значительными последствиями, возможность использования расщепляющих материалов для изготовления ядерного оружия, непригодность для непосредственного использования. |
Отсутствие потребления кислорода и отсутствие выделения СО2, пыли и окислов серы, очень чистая с экологической точки зрения при нормальной эксплуатации. |
|
Возобновляемые виды энергии | ||
|
1 |
2 |
3 |
|
Источник энергии |
Недостатки |
Преимущества |
|
Гидроэнергия |
Повреждение плотин, недостатки экологического плана. |
Не потребляет кислород и не выделяет СО2и другие загрязнители. Энергия высокого качества. |
|
Ветер |
Использование значительной территории, недостатки экономического плана, низкая степень готовности, необходимость аккумулирования энергии. | |
|
Прямое солнечное тепло |
Использование значительной территории и потребность в специальных материалах, недостатки экономического плана, рассредоточенность, низкотемпературное тепло. |
Не потребляет кислород и не выделяет СО2и другие загрязнители. Энергия высокого качества. |
|
Геотермальная энергия |
Ресурсы ещё не определены, низкотемпературное тепло, | |
|
Биомасса |
Использование значительной территории (требует обработки практически всех продуктивных земель в мире), при сжигании выделяются продукты сгорания, низкая интенсивность. | |
Таблица 1.2
Место нетрадиционных источников энергии
в удовлетворении энергетических потребностей человека
|
№ |
Показатели сравнения |
Источник | |
|
Возобновляемая энергия |
Невозобновляемая энергия | ||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1. |
Вид источника |
Ветер, Солнце, приливы |
Уголь, нефть, газ |
|
2. |
Место нахождения |
Всюду в окружающей среде |
Сосредоточенно в особых местах |
|
3. |
Время использования |
Бесконечно |
Ограниченно в особых местах |
|
4. |
Стоимость оборудования |
Высокая, 1000 долларов/кВт |
Средняя, 500 долларов/кВт |
|
5. |
Стоимость потребляемой энергии |
Бесплатно |
140 долларов/баррель (150 литров) |
|
6. |
Размеры установок |
Мелкие более экономичны |
Чем крупнее, тем экономичнее |
|
7. |
Автономность |
Самообеспечение |
Обязательна поставка топлива |
|
8. |
Влияние на окружающую среду |
Небольшое или отсутствует |
Загрязняет окружающую среду |
|
9. |
Предпочтительные области применения |
Сельская местность, с/х, удалённость от ЕС |
Крупная промышленность, города |
|
10. |
Стабильность мощности |
Низкая |
Высокая вырабатываемость, столько, сколько надо |
|
11. |
Ограничения по применению |
Особенности местных условий |
Ограничений нет |