6916

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.М.Соколов

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Учебно-методическое пособие по подготовке к практическим занятиям (включая рекомендации по организации само-

стоятельной работы и выполнению курсовой работы) по дисциплине «Возобновляемые источники энергии их использование» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях

Нижний Новгород

2016

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.М.Соколов

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Учебно-методическое пособие по подготовке к практическим занятиям (включая рекомендации по организации само-

стоятельной работы и выполнению курсовой работы) по дисциплине «Возобновляемые источники энергии их использование» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 620.9

Соколов М.М. Возобновляемые источники энергии и их использование. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / М.М. Соколов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 19 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Возобновляемые источники энергии их использование» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в в подготовке к практическим занятиям, а также в написании курсовой работы.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению курсовой работы) по дисциплине «Возобновляемые источники энергии их использование» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях

.

3

Оглавление

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций....................................................

2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций и их теоретический базис.........

2.4Контрольные вопросы...........................................................................................................

4

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целью изучения учебной дисциплины Б1.В.ОД.1 Возобновляемые источники энергии и их использование являются: формирование у студентов знаний, умений и навыков по возобновляемым источникам энергоснабжения. Знания, умения и навыки необходимы при проектировании, монтаже и эксплуатации возобновляемых источников энергоснабжения, в основном использующих для получения теплоты и электрической энергии различными способами для нужд потребителей.

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

−основные направления реализации энергетического потенциала возобновляемых источников.

−методы исследования и анализа потенциала применения возобновляемых источников энергии.

−современные научные направления в рассматриваемой области, в том числе те, которые существуют в виде проектов или единичных прототипов.

−особенности сбора исходных данных для возможности проектирования установок с использованием возобновляемых источников энергии.

−особенности проведения научных исследований в рассматриваемой области.

Уметь:

−анализировать возможности применения вторичных энергетических ресурсов наряду с традиционными энергетическими источниками.

−проводить теоретические исследования в области использования энергии вторичных энергетических ресурсов а также критически подходить к решению вопросов применения тех или иных источников энергии.

−прогнозировать возможность применения возобновляемых источников энергии в будущем.

−проводить анализ данных по объекту с целью последующего составления исходных данных и задания на проектирование установок с использованием возобновляемых источников энергии.

−обобщить имеющиеся данные, в том числе теоретических и экспериментальных исследований для составления задания на проектирования, либо для предоставления соответствующих рекомендаций.

Владеть:

−методиками оценки потенциала использования энергии в различных областях.

−основными современными методами оценки энергетического потенциала возобновляемых источников энергии в различных областях.

−глубокими теоретическими и практическими знаниями, позволяющими прогнози-

ровать использование тех или иных видов возобновляемых источников энергии в будущем.

Данная дисциплина позволит студентам не только систематизировать полученные теоретические знания, укрепить исследовательские навыки, но и даст возможность ориентироваться в области возобновляемых источников энергии.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

5

1. Введение

Предпосылки к использованию возобновляемых источников энергии.

2. Солнечная энергетика

Общие принципы использования солнечной энергии.Схемы преобразования солнечной энергии в электрическую. Схемы преобразования солнечной энергии в тепловую.

3. Ветровая энергетика

Схема работы ветрогенератора с горизонтальной осью вращения. Схема работы ветрогенератора с вертикальной осью вращения.

4. Энергия океана

Преобразователи энергии ветровых волн и зыби. Установки для получения энергии с учетом температурного градиента и градиента солености океана.

5. Энергия геотермальных вод

Установки по использованию теплоты геотермальных вод.

6. Управляемый термоядерный синтез

Схемы получения энергии из изотопов водорода.

7. Энергия биотоплива

Установки, работающие на твердом биотопливе. Установки, работающие на жидком биотопливе. Установки, работающие на газообразном биотопливе.

8. Низкопотенциальные источники энергии

Тепловые насосы грунт-вода. Тепловые насосы вода-вода. Тепловые насосы воздух-

вода.

9. Вторичные энергетические ресурсы

Рекуператоры и регенераторы. Котлы-утилизаторы. Контактные и поверхностные теплообменники.

1.3 Порядок освоения материала

На освоение материала студентам выделяется 36 часов практических занятий, а также отводится 117 часов на самостоятельное обучение. За это время, по мере освоения учебного материала, студенты также должны выполнить курсовую работу. По окончанию курса сдается экзамен. Студенты, не выполнившие курсовую работу, до экзамена не допускаются.

6

2. Методические указания по подготовке к практическим занятиям

2.1Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям

Входе подготовки к практическим занятиям необходимо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях: журналах, газетах и т.д. с учетом рекомендаций преподавателя и требования учебной программы.

При подготовке к занятиям можно также подготовить краткие конспекты по вопросам темы. Также важно самостоятельно решать пройденные на занятиях задачи во время подготовки, для выработки соответствующих навыков.

Своевременное и качественное выполнение самостоятельной работы базируется на соблюдении настоящих рекомендаций и изучении рекомендованной литературы. Студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при написании курсовых и дипломных работ.

2.1.1 Раздел 1: Введение

Главный тезис: анализ оценки обеспеченности топливно-энергетических ресурсов показывает, что наиболее дефицитным видом топлива является нефть. Ее хватит по разным источникам на 30-40 лет. Затем, через 30-70 лет, истощатся запасы горючего газа и урана. Лучше всего обстоит дело с углем, запасы которого в мире достаточно велики, и обеспеченность углем составит 230-330 лет. Поэтому в последние годы широкое распространение наравне с невозобновляемыми получили возобновляемые источники энергии.

2.1.2Раздел 2: Солнечная энергетика

Спозиции возобновляемых источников энергии, Солнце является первоисточником большинства из рассматриваемых видов: непосредственно солнечная радиация, ветер (ветряная энергетика), теплота грунта (геотермальная энергетика), энергия движения воды и т.д. Поэтому во избежание путаницы в дальнейшем под солнечной энергетикой будем понимать только энергию солнечного света, которая основана на преобразовании электромагнитного излучения в электрическую или тепловую энергию.

Примеры рассматриваемых на занятиях схем:

Рис. 1. Схема преобразования солнечной энергии в электрическую энергию

7

Рис. 2. Схема преобразования энергии электромагнитного излучения солнечных лучей в электрическую.

Рис. 3. Схема работы системы ГВС с плоским коллектором.

Солнечная энергетика (используемая для получения тепловой и электрической энергии), пожалуй, одно из самых перспективных направлений использования энергии возобновляемых источников на сегодняшний день. Они способны на равных конкурировать с установками, использующими органическое топливо в качестве источника энергии.

8

2.1.3 Раздел 3: Ветроэнергетика

Первоисточником для возникновения ветра является тепловая энергия Солнца. Воздух, нагреваясь возле поверхности земли, поднимается вверх, так как его удельный вес при нагревании становится меньше. Это вертикальное движение воздуха является первичным и основным в ряду последовательных процессов, вызывающих появление ветра. Последовательность процессов движения воздуха от нагрева к охлаждению и снова к нагреву и т. д. по мере его движения относительно вращающейся вокруг оси поверхности земли во времени и пространстве приводит к возникновению атмосферной циркуляции. Скорость ветра увеличивается с высотой, а их горизонтальная составляющая значительно больше вертикальной. Последнее обстоятельство является основной причиной возникновения резких порывов ветра и некоторых других мелкомасштабных эффектов. Кинетическая энергия, переносимая потоком ветра в единицу времени через площадь в 1м2 (удельная мощность потока), пропорциональна кубу скорости ветра.

Примеры рассматриваемых на занятиях схем:

Рис. 4. Схема получения электроэнергии из энергии ветра для бытового потребления.

Рис. 5. Сравнение ветрогенераторов с вертикальной и горизонтальной осями вращения.

9

Как и солнечная энергетика, ветряная энергетика постоянно развивается, и новые модификации ветроэлектрических установок появляются с завидной периодичностью. Вместе с тем высокие капитальные издержки на единицу мощности по сравнению с традиционными тепловыми электростанциями, необходимость развитой инфраструктуры и шумовое, визуальное и электромагнитное воздействие на окружающую среду (последний из этих пунктов является предметом многочисленных споров) не позволяют полностью вытеснить традиционные способы получения энергии. Однако занять определенную нишу в данной области ветроэнергетике вполне по силам.

2.1.4 Раздел 4: Энергия океана

Океан несет в себе огромный энергетический потенциал, который может быть реализован самыми различными способами.

Этот потенциал раскрывается через следующие составляющие:

1.энергия ветровых волн и зыби;

2.энергия приливов;

3.энергия океанических течений;

4.энергия температурного градиента морской воды;

5.энергия градиента солености.

Это далеко не полный перечень возможных направлений применения океанической энергии, однако, множество установок по её использованию находится либо в виде единичных экспериментальных установок, либо в виде идей.

Примеры рассматриваемых на занятиях схем:

Рис. 6.Схема работы ПЭС

Стремление получать энергию из энергии океана это требующее больших капитальных затрат и мощностей мероприятие, находящее отклики в многочисленных изобретениях, патентах, экспериментальных установках и просто идеях инженеров всего мира. Их положительные результаты оправдывают приложенные усилия, однако, в отличие от солнечной или ветряной энергии, использование энергии океана невозможно при индивидуальном строительстве - это всегда установки больших мощностей. Таким образом, поддержать разработку подобных устройств могут позволить себе лишь гигантские корпорации, поверившие в успех тех или иных идей, готовые тратить большие средства на многочисленные испытания, модернизации и доработки, учитывая различные особенности водной стихии.