Федеральное агентство по образованию

Архангельский государственный технический университет

А.А. Горяев, доц., канд. техн. наук

Г.А. Шепель, профессор, доктор техн. наук

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Учебное пособие для вузов

Архангельск

2009

Рассмотрено и рекомендовано к изданию методической комиссией

факультета промышленной энергетики

Архангельского государственного технического университета

29 ноября 2008г.

УДК 620. 92/8

Г 93

Рецензенты:

В.И. Малыгин – доктор техн. наук, профессор;

А.А. Шумилов – канд. техн. наук, зам. генерального директора ЗАО «Инженерный центр «Энергосервис»;

А.В. Мокеев – канд. техн. наук, зам. генерального директора ЗАО «Инженерный центр «Энергосервис».

Горяев А.А. Возобновляемые источники энергии: учеб. пособие / А.А. Горяев, Г.А. Шепель – Архангельск: Изд – во Арханг. гос. техн. ун – т, 2009. – 119 с.

Рассмотрены вопросы использования возобновляемых источников энергии – энергии Солнца, ветра, океана, приливов, биомассы, геотермальной энергии, аккумулирования энергии. Приведены энергетические расчёты по использованию возобновляемых источников энергии. Рассмотрены различные конструкции энергоустановок.

Предназначено для студентов специальности 140106.65 «Энергообеспечение предприятий» всех форм обучения.

Ил 57. Табл 15. Библиогр, 6

УДК 620. 92/8

Г 93

© Архангельский государственный

технический университет, 2009

© А.А. Горяев., Шепель Г.А., 2009

Оглавление

Федеральное агентство по образованию 1

Архангельский государственный технический университет 1

А.А. Горяев, доц., канд. техн. наук 1

Г.А. Шепель, профессор, доктор техн. наук 1

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 1

Учебное пособие для вузов 1

Оглавление 4

1. Введение 8

Солнечная энергетика 12

Ветроэнергетика 12

Гидроэнергетика 13

Геотермальная энергия 13

Биомасса 13

Недостатки и преимущества различных видов энергии 13

Терминология 18

Сравнительная стоимость электроэнергии 20

2. Сведения из сопутствующих технических дисциплин 20

2.1. Закон сохранения энергии, уравнение Бернулли. 20

Рис. 2.1. Иллюстрация закона сохранения энергии для трубки тока 21

2.2. Закон сохранения количества движения 22

2.3. Вязкость 23

2.4. Турбулентность 23

2.5.Трение при течении в трубах 25

3. Теплоперенос 25

3.1. Метод тепловой цепи и терминология 25

3.2. Теплопроводность 27

3.3. Конвективный теплообмен 28

Вынужденная конвекция 30

Cвободная конвекция 30

3.4. Радиационный перенос 31

Серые тела имеют диффузно излучающую поверхность, у которой коэффициенты 32

3.5. Свойства прозрачных веществ 33

3.6. Теплоперенос посредством теплоносителя 33

3.7. Смешанный теплоперенос и его тепловая цепь 35

4. Солнечное излучение 35

4.1. Космическое солнечное излучение 36

4.2. Геометрия Земли и Солнца 36

Поглощение в атмосфере 41

Оценки солнечной энергии 44

5. Нагревание воды солнечным излучением 44

5.1. Расчёт теплового баланса 46

5.2. Открытые нагреватели 47

5.3. Закрытые нагреватели 47

Эффективность плоского пластинчатого приёмника. 48

5.4. Системы с изолированным накопителем. 48

5.5.Селективные поверхности. 49

5.6. Вакуумированные приёмники 50

Рис. 5.7. Вакуумированный приёмник 51

6. Другие применения солнечной энергии 51

6.1. Подогреватели воздуха 52

6.2. Зерносушилки 52

Водяной пар и воздух 52

Влажность сельскохозяйственных продуктов 53

Энергетический баланс и температура просушки 54

Пассивные солнечные системы 54

Активные солнечные системы 55

6.4. Охлаждение воздуха 56

6.5. Опреснение воды 56

6.6. Солнечные пруды 58

6.7. Концентраторы солнечной энергии 59

6.8. Солнечные системы для получения электроэнергии. 61

7. Фотоэлектрическая генерация. 62

7.1. Поглощение фотонов. 63

8. Энергия ветра 65

8.1. Ветроэнергетический кадастр 70

8.2. Классификация ветроустановок 71

8.3. Основы теории ветроэнергетических установок. Преобразование энергии ветра 78

8.4. Лобовое давление на ветроколесо 80

8.5.Крутящий момент. 81

8.6. Характеристики ветра. 83

8.7. Использование ветроколесом энергии ветра. 84

8.8. Удельные мощность и энергия ветрового потока. 85

9.Гидроэнергетика. 87

9.1. Основные принципы использования энергии воды. 89

9.2. Активные гидротурбины. 90

9.3. Размер струи и размер сопла. 91

9.4. Размер колеса турбины и его угловая скорость. 92

9.5. Реактивные гидротурбины. 92

9.6. Гидроэлектростанции. 94

10. Геотермальная энергия. 97

11. Энергия Мирового океана. 102

11.1. Энергия приливов и отливов. 103

11.2. Основы теории приливов. 104

11.3. Мощность приливных течений. 107

Рср= ρ*А*R2*g/2τ. (11.11.) 109

Рис. 11.4. Извлечение приливной энергии. 109

11.4. Энергия волн. 111

11.5. Энергия и мощность волны. 112

11.6. Отбор мощности от волн. 113

11.7. Утка Солтера. 114

Утка Солтера является устройством, обладающим весьма высокой эффективностью преобразования энергии волн. Форма её обеспечивает максимальное извлечение мощности. 114

11.8. Преобразование тепловой энергии океана. 114

12. Энергия биомассы. 118

Рис. 12.1. Система планетарного круговорота биомассы. 119

12.1. Классификация основных типов процессов, связанных с переработкой биомассы. 119

Биохимические 120

Агрохимические 120

12.2. Производство биомассы для энергетических целей. 120

12.3. Сжигание биотоплива для получения тепла. 122

12.4. Пиролиз (сухая перегонка). 123

Рис. 12.5. Производство этанола. 125

12.5. Получение биогаза путём анаэробного сбраживания. 126

13. Аккумулирование и передача энергии на расстояние. 129

Химическое аккумулирование. 129

Аккумулирование тепла. 129

Свинцово – кислотные батареи. 130

Механическое аккумулирование. 130

Маховики. 130

Сжатый воздух. 131

Транспорт биомассы. 131

Транспорт тепла. 131

14. Заключение 131

Динамика прироста мощностей ветроустановок в мире 133

Стоимость угля, нефти и газа растёт, а их природные ресурсы сокращаются. 134

Литература 134