На сортировку / 5 / 77724 / Zhanturin_2_rgr_Eldo

Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

«Электрмен жабдықтау және энергияның жаңартылған көздері»

кафедрасы

Есептік - графикалық жұмыс №2

Тақырыбы:Жаңартылған энергия көздерін пайдаланудағы параметрлерді есептеу

Пәні:Жаңартылған энергия көздері және энергияны үнемдеу

Мамандық: 5В071800 – Электрэнергетикасы

Орындаған:Қойшы Е.Ж

Тобы: ЭЭ(ВИЭ)к-14-5

Сынақ кітапшасы: №144114

Тексерген: доц. Жантурин М.Ж.

Алматы, 2017

Кіріспе

Күн, жел, өзен және мұхит энергиясының қуатты ағындары және жердің бетіне берілетін Жердің ішкі жылуы ең соңында Жердің маңындағы кеңістіктің энтропиясына түрленеді. Ғарышға қатысты алғанда жер бетінің және оның атмосферасының энтропиясы эксергия болып табылады және ол шексіз ғарыштық кеңістікке тарайды. Осының нәтижесінде Жерде жылулық теңдестік (тепе-теңдік) орын алады және тіршіліктің болуына жағдай жасалады.

Жердегі халық санының артуы, өмір сүру сапасын жақсартуға деген талпыныс, әсіресе, дамыған елдерде энергияны тұтынудың қарқынды түрде артуына себеп болады. Бұл адам мен қоршаған Орта (табиғат) арасында жаһандық қайшылықтар тудырады және Жер мен ғарыш арасындағы жылулық теңдестіктің бұзылуына алып келеді.

Мұндай жағдайдың туындауы үлкен сұранысқа ие энергия түрлерін (электр, жылу және механикалық энергиялар) өндіру қазіргі кезде көп жағдайда әртүрлі дәстүрлі бірінші ретті көмірсутектік отындарды ауада жағу арқылы жүзеге асырылады.

Бірінші ретті («энергетикалық» тізбектің басында тұрғандықтан) энергоресурстарға алғашқы кезекте мыналарды жатқызады:

- дәстүрлі (негізгі): көмір, мұнай, газ, уран, су энергиясы;

- дәстүрлі емес, қайта жаңғыртылатын энергоресурстар;

- бұрын сирек қолданылатын дәстүрлі емес, қайта жаңғыртылмайтын энергоресурстар. Бірінші ретті энергоресурстарды түрлендіру арқылы тікелей қолданылатын екінші ретті энергоресурстарды ( көп жағдайда электр энергиясы және жылу энергиясы) өндіреді.

№2 есептік-графикалық жұмыс

Тапсырма 1. Биогазды генератор V_б көлемін және биогаздың V_г құрылғыдағы тәуліктік шығуын анықтау, қыртыстардан n жоятын шірінді көң, сондай-ақ оның жылу қуаттылығын қамтамасыз ететін N (Вт) қуаттылығын анықтау. Шірінді көңді ашыту циклінің уақыты τ = 14 тәул. t = 25 ° С температура кезінде; бір жануардан құрғақ ашыту материалын беру W = 2 кг/тәул. жылдамдығымен келеді; құрғақ массадан биогаз шығуы ν_г= 0,24 м3 /кг. Биогаздағы метанның құрамы 70 % құрайды. Жанарғы құрылғысының ПӘК η. Биогазды генератор масасында таратылған құрғақ материал тығыздығы, ρ_сух ≈ 50 кг/м^г . Метанның жану жылуы қалыпты физикалық жағдайларда Q_н^р =28 МДж/м³ .

Бастапқы мәліметтер 2.1 кесте бойынша таңдалады.

Шамалар мен олардың өлшем бірліктері	И
N	24
H	0,68

1 есепте ауыл шаруашылығы кәсіпорындарына және фермаларда биоотынның энергияға айналуына арналған сұрақтар қарастырылған. Биоотынның түрлерінің бірі жануарлардың (көңнің) өмір әрекетінің 10 қалдықтары болып табылады, оларды қайта өңдеу кезінде (ашытуда) биогазды генераторларда биогаз алуға болады, оның құрамына (70 % көлем бойынша) метан кіреді; метанның жану жылуы НФУ кезінде Q_н^p =28МДж/м³. судан, көңнен және ферменттерден тұратын, субстраттан толық ашыту уақыты температура тәуелділігінде 8-ден 30 тәулікке дейін болады. Субстраттағы құрғақ материалдың тығыздығы ρ_сух ≈50 кг/m³ құрайды. 1 кг құрғақ материалдан шығаты биогаз тәулігіне шамамен ν_г =0,2 ÷ 0,4 м³ /кг құрайды. Құрғақ ашытылған материалдың биогазды генераторға (метантенк) W берілу жылдамдығы жануарлар мен олардың фермадағы санына тәуелді болады.

Егер m₀ (кг/тәул.) арқылы құрғақ ашытылған материалды беру арқылы белгілесе, онда биогазды генераторға (м³ /тәул.) түсетін сұйық массаның тәуліктік көлемін мына формула бойынша анықтауға болады:

V _сут m ₀ /  _сух=1/50=0,02м ³

m ₀=1 кг; ρ_сух ≈50 кг/m³

Фермаға қажетті биогазды генератор көлемі, (м³ ):

V_б V_сут  =0,0221=0,42 м³

Биогаздың тәуліктік шығуы:

V _г  m ₀ _г =10,3=0,3 м³

Биогаз қолданатын құрылғының жылу қуаттылығы (МДж/тәул.) немесе (Вт),

N  Q _н ^р V _г  f _м =0,52810⁶0,70,3=2,9410⁶ Вт

мұнда f_м – биогаздағы метанның көлемдік үлесі;

η – ПӘК жанарғы құрылғысы (≈ 60%).

Жауабы:Биогазды генератор көлемі V_б=0,42 м³ биогазды құрылғының тәуліктік шығуы V _г =0,3 м³ қуаттылығы N =2,9410⁶ Вт

Тапсырма 2. Л.Б. Бернштейннің формуласын қолдана отыра, бассейннің көтерілу потенциалын бағалайды Э_пот (кВт·ч), егер оның ауданы F км ² болса, онда көтерілудің орташа шамасы R_ср м.

Бастапқы мәліметтер 2.2 кесте бойынша таңдалады.

Шамалар мен олардың өлшем бірліктері	И
F,км2	400
Rср,м	7,0

2 есепте энергетикалық потенциалдың Э_пот (кВт·ч) есебі қарастырылған, мұхиттық бассейіннің көтерілу энергиясы, F км ² аумағы бар, егер орташа көтерілу толқынының шамасы белгілі Rср м. Ғылыми әдебиетте бірнеше теңсіздіктер бар, ол бассейннің көтерілу потенциалын анықтауға мүмкіндік береді. Есеп шығару үшін ғалым Л.Б. Бернштейн ұсынған теңдікті пайдаланамыз:

Э_пот  1,97 10 ⁶R_ср ²F =1,97 10 ⁶7,0²400=0,5510¹² кВт·ч

Жауабы: көтерілу потенциалы Э_пот =0,5510¹² кВт·ч

Тапсырма 3. Тәулік бойы үйді жылыту үшін Q ГДж жылу керек. Осы мақсат үшін күн энергиясын пайдалану кезінде жылу энергиясы сулы аккумуляторда жинап алуы мүмкін. Ыстық су температурасы t₁°С дейік. Аккумулятор багының V (м³ ) сыйымдылығы қандай болуы тиіс, егер жылу энергиясы жылыту мақсаттарында су t₂ °C дейін төмендесе, қолданылуы мүмкін бе? Жылу сыйымдылық шамасы мен тығыздығын анықтамалық әдебиеттен алу қажет. Бастапқы мәліметтер 2.3 кесте бойынша таңдалады.

Шамалар мен олардың өлшем бірліктері	И
Q, ГДж	0,56
t1°C	52
t2°C	28

3 есепте жылу энергиясының сулы аккумуляторының есебі қарастырылды, ол тұрғын үйдегі жылыту, ыстық сумен жабдықтау және ауаның желдетуіне арналған. Жылу энергиясының көзі болып, мысалы үй шатырындағы күн панелін көрсететін күн энергиясы болуы мүмкін. Су панелінде циркуляцияланатын қыздырудан кейінгі бакқа – аккумулятор бағытталады, ал сол жерден жылыту батареясына сорғымен және ыстық сумен жабдықтау суды талдауға жіберіледі. Жылуды аккумуляциялаудың кешенді жүйелері қиыршық тас төсеу және т.б. арқылы өте күрделі болуы мүмкін.

Суға арналған бак – акумулятордың қажетті көлемін V (м³ )– егер төмендегілер белгілі болса изобаралық процесс үшін белгілі теңдеу бойынша анықтауға болады: үйге арналған Q (ГДж) жылу энергиясының тәуліктік қажеттілігі; t₁ ⁰С күн панельдерінен алынатын ыстық су температурасы; жылыту жүйесінде мүмкін болатын бактағы t₂ °C ең аз температурасы:

Q   V C _p ( t ₁ t₂)

V= Q/  C _p ( t ₁ t₂)=0,56  10⁹/1000  4200  (52-28)=5,55 м³

мұнда  – теңіз суының тығыздығы, кг/м³ ;

С_р – ρ = const, Дж/(кг · К) кезіндегі судың меншікті массалық жылу сыйымдылығы.

Жауабы: Аккумулятор багының V (м³ ) сыйымдылығы 5,55 м³

Тапсырма 4. Шағын СЭС қуаттылығы қалай өзгереді, егер су қоймасының қысымы Н құрғақшылық кезеңінде n есе азайтылса, судың шығыны V m % - ға қысқартыла ма? Гидротехникалық құрылыстардағы, су таратқыштарда, турбиналарда және генераторлардағы жоғалтулар тұрақты болып саналады. Бастапқы мәліметтер 2.4 кесте бойынша таңдалады.

Шамалар мен олардың өлшем бірліктері	И
N	3
M	30

4 есепте шағын СЭС-тің қуаттылығын су шығыны және қысым тербелісінде өзгертуді бағалау сұрақтары қарастырылған. СЭС (Вт) қуаттылығы қарапайым теңдік бойынша анықтауға болады:

N=gQh η

Э=gQH tη/3600=g Vhη

Э=1,9710⁶V²H

Э/Э=10009,830,5/1,9710³V30=14700/5910=2,4V

мұнда V – м ³ /с–дегі судың көлемді шығыны;

Н – м-дегі СЭС қысымы;

η – КПД СЭС, гидравликалық құрылыстардағы, су таратқыштардағы, турбиналардағы, генераторлардағы жоғалтуды есептейді. Шағын ГЭС үшін η≈0,5;

Гидротурбинаның ПӘК-і 0,5 ÷ 0,9 шегінде өзгереді.

Жауабы: өзгереді

Биогаз алу технологиясы және биогаздық қондырғылар. Табиғи жағдайда биомассаның кез келген түрі, оның ішінде мал көңі, элементарлық қосылыстарға ыдыратушы организмдердің, грибтердің, бактерийлардың әсерінен ыдырайды. Бұл үрдіс жүруі үшін ылғалдылық, жылу және жарықтың болуы қажет. Үрдістің соңғы кезеңінде толық ыдырау аэробты және анаэробты деп аталатын топтарға жататын көптеген бактериялардың әсерінен болады. Аэробты бактериялар көп жағдайда оттегінің қатысуымен дамиды, олардың көмегімен биомассаның көміртегі көмірқышқыл газына (СО₂) дейін тотығады, яғни СО₂ бөлінеді.

Оттегі толыққанды жетіспейтін жабық кеңістікте анаэробты бактериялар дамиды. Олар көмірсутегінің ыдырауының әсерінен өмір сүреді. Микроорганизмдердің қатысуымен биомассалардың ыдырау үрдісін ферментациялау деп атасақ болады, бірақта анаэробты жағдайда жүретін үрдістерді «ашу» деп атау ыңғайлырақ болады. Олардың әрекеті нәтижесінде көміртегі екіге бөлінеді: толық тотыққан көмірқышқыл газ СО₂ және толықтай қалпына келтірілген метан СН₄. Еритін азот қосылыстары сияқты қоректік заттар топырақ қарашірігінде тыңайтқыш ретінде сақталады.

Биогаз – метан мен көмірқышқыл газының қоспасы, биомассаның ашу үрдісі кезінде алынады. Ол метанның максимал көлемде бөлінуін қамтамасыз ететіндей жасалған және басқарылатын арнайы жабық қондырғыларда– биогаздық генераторларда пайда болады.

Биогазды жаққан кезде алынатын энергия мөлшері бастапқы құрғақ материалдың бойындағы энергияның 60 %... 90 % жетуі мүмкін. Бірақ 95 % суды құрайтын сұйық массадан алынатын газ мөлшерін анықтау қиын.

Анаэробтық ашу үрдісінің тағы бір маңызды артықшылығы - оның қалдығында ауру тудыратын микроорганизмдер мөлшері бастапқы материалдағы (көңдегі) микроорганизмдер мөлшерінен айтарлықтай аз.

Егерде биогаздық генераторлар дайын қалдықтар ағынын қолданатын болса, онда биогаз өндіру экономикалық жағынан тиімді болады. Әсіресе, толық экологиялық циклды іске асыратын агроөндірістік кешендерде өте тиімді. Онда көң анаэробты ферменттеуге (ашуға) ұшырайды, сосын ашық бассейнде аэробты жағдайда өңделеді.

Биогаз жарықтандыру, механизмдерді, транспортты, электр генераторларды қозғалысқа келтіру және жылу алу үшін қолданылады.

Биогаз алу технологиясының энергетикасы және негізгі үрдістері. Әдетте бастапқы малшаруашылығының қалдықтарының 60 % ашиды. Қалыпты жағдайда 1 м 3 суда 5 кг құрғақ биомасса болады деп есептесек, онда 1 кг ашытылатын құрғақ материалдан газдың шығуы 0,2 м ³ ...0,4 м ³ тең.

Бактериялардың белгілі түрлеріне тиімді температуралардың еш деңгейі бар.

Температураның төменгі деңгейі – психрофильдік, температура 20⁰С шамасында, орташа деңгейі – мезофильдік, температура 30⁰С...35⁰С шамасында, жоғарғы деңгейі – термофильдік, температура 55 ⁰С шамасында.

өте жоғары температурада ашыту төменгі температураға қарағанда жылдам жүреді және әрбір 5 ⁰С сайын газдың шығуы екі еселенуімен сипатталады.

Жылы тропикалық аймақтарда ашыту қыздырусыз 20⁰С...30⁰С температура аралығында жүреді, бұл ашыту 14 күндік уақыттық аралықта психофрильдік деңгейде жүреді.

Қорытынды

Есептік графикалық жұмыста генератордың жаңа түрі биогаз генераторымен, жылу энергиясын сақтайтын аккумулятордың көлемін есептеуде , шағын СЭСтердің есептемелерін қарастырдым.

Әдебиеттер тізімі

Умбетов Е.С., Живаева О.П. Основы использования возобновляемых источников энергии и энергосбережение. Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических работ № 1,2 для студентов специальности 5В081200-Энергобеспечение сельского хозяйства.  – Алматы: АУЭС, 2013.- 13 с.

Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России / П.П. Безруких, Ю.Д. Арбузов, Г.А. Борисов и др. - СПб.: Наука, 2002.

Твайделл Д. Возобновляемые источники энергии/Д.Твайделл, А.Уэйр. - М.: Эиергоатомиздат, 1990.