1. Расчет тяго-дутьевой установки.
2. Гидроэнергетика.
В настоящее время использование энергии воды остается актуальным, а основным направлением является производство электрической энергии (ЭЭ).
К нетрадиционной энергетике относят мини-ГЭС и малые ГЭС с установленной мощностью от 2 кВт до 25 МВт, для которых во многих странах производится стандартизованное оборудование.
Источником ГЭ является преобразованная энергия Солнца в виде запасенной потенциальной энергии воды, которая преобразуется в механическую работу и ЭЭ.
Преобразование потенциальной энергии воды в ЭЭ производится на ГЭС.
Поддержание постоянного напора Н осуществляется с помощью плотины, которая образует водохранилище, служащее аккумулятором ГЭ.
Рельеф местности, должен позволить организовать водохранилище и создать требуемый напор за счет плотины. Это связано со значительными затратами, и стоимость строительных работ может превышать стоимость оборудования ГЭС. Однако удельная стоимость ЭЭ от ГЭС, является самой низкой по сравнению с себестоимостью энергии от других источников. Срок окупаемости малых ГЭС ≤ 10 лет.
Для преобразования ГЭ в механическую работу используются гидротурбины
Рис. Схемы активной (а) и реактивной радиально-осевой (б) гидротурбин:
1 - вход; 2 - спиральная камера; 3 - неподвижные лопатки направляющего аппарата; 4 - выход; 5 - вращающиеся лопатки
Гидротурбины (ГТ) - активные и реактивные.
В активной ГТ кинетическая Э потока преобразуется в механическую. Дополнительные устройства, обеспечивающие работу ГТ, - водовод и сопло. Из сопла выходит струя, обладающая кинетической Э, которая направляется на лопасти ГТ, находящейся в воздухе. Сила, действующая со стороны струи на лопасти, приводит во вращение колесо ГТ, с валом которого непосредственно или через привод соединен генератор.
В реактивной ГТ рабочее колесо полностью погружено в поток, который постоянно воздействует на лопасти ГТ. Вода поступает в рабочее колесо радиально. Зазор между рабочим колесом и камерой - переменный. После взаимодействия потока с колесом он разворачивается на 90°. Переменный зазор и поворот потока повышают эффективность турбины.
Билет 17.
1. Типичные тепловые балансы печей.
2. Ветроэнергетика.
Около 1% солнечной энергии, которую получает Земля, приводит в движение атмосферные воздушные массы. Это происходит, когда воздух начинает перемещаться из-за разницы температур в различных местах Земли. В целом эта энергия в 100 раз превышает все энергопотребление в мире, но только мизерная часть этой энергии используется на практике.
Ветровая энергия широко используется в странах, имеющих благоприятный ветровой климат, плоский рельеф и испытывающих недостаток в других природных ЭР, таких, как нефть, газ, уголь.
Мировым лидером является Германия. К числу передовых стран по использованию ветровой энергии относятся также Дания, Испания, США.
Применение ветроэнергетики - не только вопрос уровня развития технологии и наличия ветроресурса.
В Дании ветроресурс выше, чем в Германии, но в Германии ветроэнергетика развивается более интенсивно, поскольку приняты политические решения, способствующие внедрению возобновляемых источников энергии.
В России за последние годы построено и пущено в эксплуатацию несколько новых ВЭУ. Общая установленная мощность ВЭУ в России превысила в 2003 г. 10 МВт.
В Башкирии установлены 4 агрегата по 550 кВт,
в Калининградской области на берегу моря построено 20 установок и установленная мощность ВЭУ составила 4,5 МВт,
на Командорских островах возведены две ВЭУ по 250 кВт каждая,
в Мурманске запущена одна установка мощностью 200 кВт.
Российская Федерация обладает самой большой территорией на Земле и расположена в разных климатических поясах, что определяет высокий потенциал энергии ветра. Наиболее сильные и устойчивые ветры в России наблюдаются по побережьям морей и океанов, в районах степей и пустынь. Здесь крупные ветропарки могли бы обеспечить значительный объём ЭЭ, так как мощность ветрового потока пропорциональна скорости ветра в кубе.
Такие места в России: восточное побережье Сахалина, крайний юг Камчатки, окрестности поселков Певек и Билибино на Чукотке, прибрежные районы Магаданской области (вблизи в/вольтных сетей «Магаданэнерго»), южное побережье Дальнего Востока (вблизи в/вольтных сетей Владивосток Николаевск-на-Амуре - Комсомольск-на-Амуре, в степных районах вблизи Волги, в степях и предгорьях Северного Кавказа и на Кольском полуострове.
Здесь имеются крупные промышленные потребители, развитая сеть линий электропередач и возможность компенсировать нестабильность поступления ветровой энергии за счёт работы ГЭС.
В основе работы ветроэнергетических установок (ВЭУ) лежит Э воздушных течений (ветра), которая является результатом конверсии солнечной энергии, поэтому она может быть отнесена к ВИЭ.
Использование ВЭУ для производства ЭЭ является наиболее эффективным способом утилизации энергии ветра.
Механическая энергия(энергия вращения ротора ветроустановки):
Технологическая схема ветроэнергетической установки
Введение в состав ВЭУ систем управления параметрами генерируемой ЭЭ связано с требованиями по частоте и напряжению ЭЭ в зависимости от особенностей ее потребителей.
Одним из способов управления ЭЭ ВЭУ является выпрямление переменного тока ВЭУ и затем преобразование его в переменный ток с заданными параметрами. Для исключения перебоев в ЭЭ в периоды безветрия ВЭУ должны иметь аккумуляторы ЭЭ или подключаться параллельно с установками других типов.
Принцип действия и классификация ВЭУ
Первичным рабочим органом ВЭУ, непосредственно принимающим на себя энергию ветра и преобразующим ее в кинетическую энергию своего вращения, является ветровое колесо.
Вращение ветрового колеса под действием ветра обусловливается тем, что на него действует результирующая сила F, которую можно разложить на две составляющие (рис.):
вдоль скорости набегающего ветрового потока - сила лобового сопротивления Fc;
в направлении, перпендикулярном скорости набегающего ветрового потока, - подъемная сила Fп.
Силы, действующие на тело, обтекаемое ветровым потоком.
ВЭУ классифицируются по двум основным признакам - геометрии ветрового колеса и ориентации оси вращения ветрового колеса относительно направления ветра.
Установки, использующие подъемную силу (лифт-машины), имеют линейную скорость концов лопастей ветрового колеса больше скорости ветра.
Классификация ВЭУ по типу исполнения и ориентации ветровых колес:ветровые колеса с горизонтальной осью вращения и ветровые колеса с вертикальной осью вращения.
Установки, использующие силу лобового сопротивления (драг-машины) - вращаются с линейной скоростью, меньшей скорости ветра.
Максимальная проектная мощность ВЭУ определяется для некоторой стандартной скорости ветра (обычно в пределах 8-12 м/с ).
Основные достоинства ВЭУ:
не загрязняют ОС и при определенных условиях (высокая скорость ветра, дорогое топливо для обычных электростанций) успешная конкуренция с невозобновляемыми энергоисточниками.
Аргументы, наиболее часто используемые против развития ветроэнергетики: нехватка земель, нестабильность ветроресурса, шум от ВЭУ, влияние ВЭУ на теле- и радиосигналы (помехи), вред птицам и их столкновение с лопастями турбин .
Билет 18.
1. Коэффициенты полезного действия печей.
2. Гелиоэнергетика.
Билет 19.
1. Вычисление отдельных статей тепловых балансов печей.
2. Повышение эффективности возобновляемых источников энергии. Аккумулирование энергии.
Потоки Э от большинства ВИЭ поступают непостоянно, поэтому могут возникнуть трудности с бесперебойным снабжением Э потребителей. Надежность энергоснабжения повышается с использованием аккумуляторов Э. Аккумулирование Э основано на химических и физических принципах. Химические принципы аккумулирования позволяют накапливать Э за счет химических реакций, физические - за счет физических явлений.
Химические принципы могут включать биохимические реакции под действием потока лучистой солнечной энергии, что составляет основу фотосинтеза, в результате которого образуются органические вещества растений, аккумулирующие солнечную Э. За счет прямого или косвенного употребления растений в пищу Э аккумулируется в животных. Растения используются в качестве топлива, а животные могут совершать механическую работу. Природные ЭР в виде ископаемого топлива можно характеризовать, как аккумуляторы солнечной Э.
При проведении экзотермических реакций выделяется аккумулированная теплота, которая может использоваться как полезная в технологических процессах.
На основе электрохимических реакций проводится аккумулирование Э в гальванических элементах многоразового и одноразового использования.
К элементам многоразового использования относятся кислотные и щелочные аккумуляторы, выдерживающие многократно циклы разрядки и зарядки. Областью их применения являются энергетика, транспорт, ветро - и солнечные энергетические установки, не подключенные к централизованной электрической сети, бытовая техника и т.д. Одноразовые гальванические элементы (батарейки) используются как источники питания в электронных и электротехнических устройствах, бытовой технике и т.д.
Физические принципы аккумулирования Э позволяют аккумулировать как теплоту, так и механическую Э. В тепловых аккумуляторах физической теплоты на основе воды или других однофазных веществ температура в процессе накопления и отдачи теплоты изменяется во времени.
Использование в качестве рабочих некоторых веществ, изменяющих свое агрегатное состояние, позволяет поддерживать температуру постоянной, соответствующей температуре фазового перехода.
Например, к таким веществам относятся парафин, кристаллический сульфат натрия.
Аккумулирование производственного пара.
Одним из путей сведения балансов ПП является его аккумулирование в периоды избыточного поступления с отдачей пара во время, когда его не хватает.
Принципиальная схема аккумулятора пара: 1— бак-аккумулятор; 2 — смешивающий подогреватель; 3 — паросборник-сепаратор; 4 —регулятор давления «после себя».
Количество теплоты, за счет которой может образоваться пар, равно разности энтальпий воды при ее начальном и конечном давлениях.
Аккумулирование механической энергии проводится, например, с помощью гидроаккумуляторов. На гидроаккумуляторных ЭС, где имеется избыток ЭЭ, вода после отработки в турбине насосами перекачивается в водохранилище, что позволяет поддерживать достаточный ее уровень (напор) на протяжении всего года.
Инерционные аккумуляторы, преобразующие работу в кинетическую энергию для дальнейшего ее использования, пока не нашли широкого применения из-за высокой стоимости и нерешенных технических проблем.
Упругие аккумуляторы находят применение в системах сжатого воздуха.
В общем случае аккумулирование энергии позволяет обеспечить:
бесперебойное энергоснабжение потребителей за счет накопления избыточной Э и последующего ее использования в периоды отсутствия или недостатка энергоснабжения;
оптимальные режимы работы источников Э и потребителей за счет сглаживания колебаний в электросети;
повышение потенциала Э до необходимого качества при накоплении низкопотенциальной Э;
превращение Э одного вида в другой в зависимости от нужд потребителей.
Билет 20.