Рабочая программа и задание на курсовую работу с методическими указаниями для студентов IV курса специальности 100700. Промышленная теплоэнергетика (ПТ)
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа и задание на курсовую работу с методическими указаниями для студентов, 452.76kb.
- Рабочая программа и задание на курсовую работу с методическими указаниями для студентов, 295.22kb.
- Рабочая программа и задание на курсовую работу с методическими указаниями для студентов, 496.74kb.
- Рабочая программа и задание на курсовую работу с методическими указаниями для студентов, 223.36kb.
- Рабочая программа и задание на контрольную работу с методическими указаниями для студентов, 116.18kb.
- Рабочая программа и задание на контрольную работу c методическими указаниями для студентов, 843.29kb.
- Рабочая программа и задание на контрольную работу с методическими указаниями для студентов, 526.56kb.
- Рабочая программа и задание на контрольную работу с методическими указаниями для студентов, 1259.29kb.
- Рабочая программа и задания на курсовую работу с методическими указаниями для студентов, 510.34kb.
- Рабочая программа для студентов IV курса специальности 100700 промышленная теплоэнергетика, 243.31kb.
Российский государственный открытый
технический университет путей сообщения
Одобрено кафедрой
«Теплотехника и гидравлика
на железнодорожном
транспорте»
Утверждено
Деканом факультета
«Транспортные сооружения
и здания»
Нетрадиционные и возобновляемые
источники энергии.
Рабочая программа
и задание на курсовую работу
с методическими указаниями
для студентов IV курса
специальности
100700. Промышленная теплоэнергетика (ПТ)
Москва – 2006
Программа разработана на основе примерной учебной программы данной дисциплины, составленной в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки студента по специальности 100700.
Российский государственный открытый технический университет путей сообщения, 2006.
Рабочая программа
- Цель и задачи дисциплины.
1.1. Цель преподавания дисциплины.
Дисциплина «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» рассматривает возможности природных источников возобновляемой энергии и физические процессы, происходящие в них, определяет экологические и экономические критерии эффективного использования в конкретных условиях.
Цель преподавания дисциплины – ознакомить студентов энергетических специальностей с основными видами нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, научить их ставить и решать задачи в области возобновляемых источников энергии для энергосбережения не объектах железнодорожного транспорта, в жилищно-коммунальном секторе и улучшения экологических условий среды обитания. Студенты должны знать основы Государственной политики в области энергосбережения, методы и критерии оценки эффективности использования возобновляемых источников энергии с учетом экономических и экологических требований, а также уметь определять основные энергетические характеристики установок, работающих на основе преобразования нетрадиционных и возобновляемых видов энергии.
Изучение дисциплины должно базироваться на знаниях, полученных из курсов «Физика», «Математика», «Техническая термодинамика», «Гидрогазодинамика».
1.2. Задачи изучения дисциплины.
Изучив дисциплину, студент должен:
- Иметь представление о нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии, об основах Государственной политики в области энергосбережения, физических процессах и явлениях, преобразований видов энергии.
- Знать и уметь пользоваться методами расчета энергетических характеристик и конструктивных параметров установок, действующих на основе возобновляемых источников энергии, критериями оценки эффективности использования возобновляемых источников энергии с учетом экономических и экологических требования, специальной справочной литературой по определению энергетического потенциала солнечной, ветровой и других видов возобновляемых энергоресурсов.
- Иметь опыт расчетов мощностных характеристик солнечных и ветроэнергетических установок, выработки электроэнергии солнечными фотоэлектрическими батареями и ветроагрегатами в зависимости от мест их установки, оценки ресурсов ветровой и солнечной энергии для отдельных потребителей и территориальных образований.
- Содержание дисциплины
Раздел 1
2.1. Использование возобновляемых источников энергии.
Динамика роста энергопотребления в мире и в России. Стоимость основных видов энергетических ресурсов за рубежом и в России. Динамика роста цен на энергоносители, тепловую и электрическую энергию. Энергосбережение и экология. Основные виды возобновляемых источников энергии. Применение возобновляемых источников энергии в России и в мире.
Литература: 1;2;6.
Раздел 2.
- Использование солнца как источника тепловой энергии.
Спектральные характеристики солнечного излучения. Прямая и рассеянная радиация. Влияние географических координат, ориентирование лучеприемника, времени суток и времени года. Солнечный коллектор и его применение для горячего водоснабжения и отопления. Солнечные пруды, теплицы, солнечные кухни и опреснители соленой воды. Экономика и экология.
Литература: 1;2.
Раздел 3.
2.3. Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии.
Физические основы преобразования энергии солнечного излучения в электрическую. Фотоэлектрические свойства цепи, вольт-амперная характеристика солнечной батареи, коэффициент полезного действия фотоэлемента и перспективы его увеличения. Конструкции фотоэлементов и особенности технологии их изготовления . использование моно-, поли и аморфного кремния, а также других материалов. Другие методы получения электрической энергии: внешний фотоэффект, термоэлектронная эмиссия, термоэлектричество. Экономика и экология.
Литература: 1;5.
Раздел 4.
2.4. Использование энергии ветра.
Характеристики ветроэнергетических установок (ВЭУ). Рабочий процесс лопастных ВЭУ, их конструкции и особенности эксплуатации в автономном и сетевом режимах. Гибридные ВЭУ. Статистические характеристики ветра. Ветроэнергетический потенциал и расчет выработки электроэнергии. Размещение ВЭУ в России и за рубежом. Экономика и экология.
Литература: 1;2;3.
Раздел 5.
2.5. Использование биомассы, энергия малых рек, волн, приливов и геотермальная энергия.
Технология обработки биотоплива, пиролиз, гидрогенизация, биогаз. Малые ГЭС, их схемы и основные элементы. Энергия приливов и волн, установки для выработки электроэнергии. Запас энергии в земной коре и методы ее использования для теплоснабжения и получения электрической энергии. Экономика и экология.
Литература: 1;2;4.
Раздел 6.
2.6. Аккумулирование энергии возобновляемых источников.
Проблемы аккумулирования при использовании различных видов возобновляемых источников энергии. Химические, тепловые и гидростатические аккумуляторы, резервуары со сжатым воздухом, маховики, топливные элементы. Хранение энергетически ценных веществ.
Литература: 1;6.
- Виды работ с распределением времени.
Курс – IV
Всего часов – 120
Лекционных занятий – 12 ч.
Лабораторный практикум – 8 ч.
Курсовая работа – 1
Самостоятельная работа – 100 ч.
Зачет, экзамен.
4. Перечень тем лекционных занятий.
-
Тема
Количество часов
Раздел 1.
Использование возобновляемых источников энергии.
2
Раздел 2.
Использование солнца как источника тепловой энергии.
2
Раздел 3.
Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии
2
Раздел 4.
Использование энергии ветра.
2
Раздел 5.
Использование биомассы, энергия малых рек, волн, приливов и геотермальная энергия.
2
Раздел 6.
Аккумулирование энергии возобновляемых источников.
2
5. Перечень тем лабораторных работ.
-
Тема
Количество часов
Раздел 3.
Экспериментальное определение вольт-амперной характеристики фотоэлектрического элемента.
4
Раздел 4.
Экспериментальное определение мощностной характеристики модельного ветрогенератора.
4
6. Курсовая работа
Студенты выполняют курсовую работу по определению характеристик гибридной солнечно-ветровой энергетической установки (СВЭУ). Исходные данные для выполнения курсовой работы находятся в табл. 1,2 и 3.
В состав курсовой работы входит графический материал:
- структурная схема СВЭУ;
- мощностная характеристика ветроагрегата;
- гистограмма выработки электроэнергии в течение года.
7. Информационно-методическое обеспечение дисциплины.
Основная
- Безруких П.П., Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика: стратегия, ресурсы, технология. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005, 264с.
Дополнительная
- Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России /Коллектив авторов. - СПб.: Наука, 2002. -314с.
- Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. Пер. с англ. Под ред. В.А. Коробова. М.: Энергоатомиздат, 1990, 391с.
- Системы солнечного тепло- и хладоснабжения / Под ред. Э.В. Сарнацкого, С.А. Чистовича. М.: Стройиздат,1990 г.
- Саплин Л.А. и др. Энергоснабжение сельскохозяйственного потребителей с использованием возобновляемых источников. Учебное пособие. Челябинск, 2002.
- Малая гидроэнергетика / Под ред. Л.П. Михайлова. – М.: Энергоатомиздат,1989, 184с.
- Фатеев В.М. Ветродвигатели и ветроустановки. М.: СельхозГиз, 1956, 536с.
- Харитонов В.П. Автономные ветроэлектрические установки. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006 – 280с.
- Cокольский А.К. Ветроэнергетика за рубежом и в России – современное состояние и перспективы. Сборник «Возобновляемые источники энергии», М.:МГУ, 2005.С.135-154.
- Сокольский А.К. Энергетическая автономия. Сб. Сам себе энергетик, М.: ИСАР, 2004, с. 107-125.
Справочнно-информационная
- Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. Распоряжение Правительства РФ от 28 августа 2003 г. №1234-р, г. Москва.
Задание и методические указания
по выполнению курсовой работы.
Тема курсовой работы.
Определить установленную мощность и возможную годовую выработку электроэнергии автономной гибридной солнечно-ветровой энергетической установкой (СВЭУ) в зависимости от места ее размещения, если используется ветроагрегат с диаметром ветроколеса «Д» и солнечная батарея, состоящая из «n» солнечных фотоэлектрических модулей пиковой мощностью «p».
1. Методические указания по выполнению курсовой работы.
Гибридная солнечно-ветровая энергетическая установка, структурная схема которой представлена на рис. 1, предназначена для электроснабжения автономных потребителей, не имеющих централизованного энергоснабжения.
Приход солнечной радиации и потенциал ветровой энергии сильно зависят от местных климатических характеристик и имеют ярко выраженный сезонный характер. Использование в одной установке двух энергоисточников (солнце и ветер) существенно повышает обеспеченность электроснабжения автономного потребителя. Основными показателями, по которым оценивается эффективность СВЭУ, является установленная мощность и возможная максимальная выработка электроэнергии за год.
Исходные данные, необходимые для выполнения курсовой работы, приведены в таблицах 1 и 2.
Д
ругая необходимая информация дается в приложении, а значения коэффициентов и некоторых физических параметров – непосредственно в пояснениях к расчетным формулам.
Рис. 1. Структурная схема гибридной СВЭУ для автономного электроснабжения.
ВЭА – ветроэлектрический агрегат,
ФЭБ – фотоэлектрическая батарея,
БЦ – блок управления,
АБ – аккумуляторная батарея,
И – инвертор.
Таблица 1.
Исходные данные по ветроэлектрическому агрегату (ВЭА)
и фотоэлектрической батареи (ФЭБ).
-
Показатели
Обозначение
Размерность
Последняя цифра шифра
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Диаметр ветроколеса
D
м
2,5
3
5
6
8
10
12
15
20
25
Расчетная скорость ветра
p
м/с
8
8
8
9
9
10
10
12
12
12
Рабочий диапазон скоростей ветра
н max
м/с
320
3,522
3,525
425
425
4,525
4,525
530
530
530
Высота оси ветроколеса
H
м
12
12
15
15
15
18
18
24
24
30
Пиковая мощность фотомодуля
P
Вт
25
30
35
40
45
50
60
70
80
90
Число фотомодулей
n
шт
6
10
16
20
24
30
40
40
50
50
Таблица 2.
Климатические характеристики для места расположения гибридной установки.
| Предпоследняя цифра шифра | Место расположения установки и параметр «» | Климатические характеристики | Размерность | Месяц | Год | Высота флюгера h, м. | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||||||
| 1 | г. Астрахань =1,5 | Vcp | м/с | 5,2 | 5,4 | 5,7 | 5,6 | 5,5 | 4,9 | 4,2 | 4,1 | 4,3 | 4,5 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 11,0 |
| Ec | кВтч/м2 | 56,1 | 77,9 | 122,5 | 161,6 | 187,8 | 197,7 | 184,5 | 189,9 | 164,0 | 124,7 | 80,2 | 46,9 | 1593,6 | - | ||
| 2 | п. Джубги =1,25 | Vcp | м/с | 7,0 | 6,5 | 6,4 | 4,1 | 3,7 | 3,6 | 3,8 | 3,8 | 4,4 | 5,2 | 5,8 | 7,2 | 5,1 | 11,0 |
| Ec | кВтч/м2 | 62,0 | 80,2 | 103,5 | 125,0 | 163,0 | 184,9 | 198,1 | 197,0 | 161,6 | 141,7 | 92,8 | 61,7 | 1571,4 | - | ||
| 3 | г. Кашира =1,75 | Vcp | м/с | 5,2 | 5,3 | 5,0 | 4,6 | 4,2 | 3,7 | 3,5 | 3,4 | 3,9 | 4,5 | 5,2 | 5,3 | 4,5 | 11,0 |
| Ec | кВтч/м2 | 20,6 | 53,0 | 108,4 | 127,6 | 166,3 | 163,0 | 167,7 | 145,0 | 104,6 | 60,7 | 34,8 | 22,0 | 1173,7 | - | ||
| 4 | г. Цимлянск =1,25 | Vcp | м/с | 5,9 | 6,3 | 5,7 | 5,5 | 5,0 | 4,5 | 4,1 | 4,4 | 4,4 | 5,0 | 6,5 | 5,5 | 5,2 | 10,0 |
| Ec | кВтч/м2 | 31,4 | 46,5 | 96,5 | 132,6 | 186,1 | 197,7 | 187,3 | 172,2 | 117,4 | 69,8 | 36 | 21 | 1294,5 | - | ||
| 5 | г. Холмск =1,5 | Vcp | м/с | 6,8 | 6,1 | 6,2 | 6,9 | 6,3 | 4,6 | 4,3 | 4,4 | 5,8 | 6,8 | 6,7 | 5,5 | 6,0 | 16,0 |
| Ec | кВтч/м2 | 102,2 | 132,7 | 175,4 | 149,1 | 153,7 | 142,2 | 136,6 | 131,5 | 130,4 | 124,2 | 94,8 | 87,2 | 1560,2 | - | ||
| 6 | г. Махачкала =1,5 | Vcp | м/с | 6,2 | 6,5 | 6,6 | 6,7 | 6,0 | 5,4 | 5,1 | 5,6 | 5,6 | 5,8 | 6,6 | 6,2 | 6,0 | 12,0 |
| Ec | кВтч/м2 | 32,1 | 45,1 | 67,5 | 86,0 | 100,1 | 106,1 | 100,1 | 87,1 | 68,5 | 52,0 | 37,0 | 27,7 | 809,3 | - | ||
| 7 | г. Петрозаводск =1,25 | Vcp | м/с | 4,0, | 3,8 | 4,0 | 3,7 | 3,6 | 3,5 | 3,2 | 3,1 | 3,5 | 4,0 | 4,1 | 4,1 | 3,7 | 11,0 |
| Ec | кВтч/м2 | 16,8 | 36,9 | 116,4 | 127,7 | 148,1 | 166,3 | 163,7 | 128,6 | 77,3 | 36,7 | 13,5 | 2,8 | 1034,6 | - | ||
| 8 | п. Преображение =1,5 | Vcp | м/с | 5,0 | 4,6 | 4,3 | 3,9 | 3,7 | 3,5 | 3,0 | 3,0 | 3,8 | 4,1 | 4,3 | 4,7 | 4,0 | 10,8 |
| Ec | кВтч/м2 | 169,0 | 171,8 | 173,0 | 138,1 | 127,7 | 109,6 | 109,1 | 121,7 | 144,1 | 147,5 | 130,3 | 139,5 | 1681,3 | - | ||
| 9 | г. Петропавловск =1,25 | Vcp | м/с | 9,1 | 8,4 | 9,1 | 7,6 | 5,7 | 4,6 | 4,7 | 4,2 | 5,5 | 7,6 | 8,2 | 9,4 | 7,0 | 10,0 |
| Ec | кВтч/м2 | 70,6 | 95,9 | 142,3 | 148,1 | 147,4 | 142,5 | 137,6 | 140,9 | 120,2 | 118,0 | 81,6 | 69,8 | 1414,9 | - | ||
| 0 | г. Ростов-на-Дону =1,5 | Vcp | м/с | 6,5 | 7,0 | 6,8 | 6,4 | 5,6 | 4,6 | 4,3 | 4,2 | 4,4 | 5,4 | 7,0 | 7,0 | 5,8 | 13,0 |
| Ec | кВтч/м2 | 31,8 | 47,2 | 98,0 | 134,6 | 189,0 | 200,8 | 190,2 | 174,9 | 119,2 | 70,8 | 36,5 | 21,4 | 1314,4 | | ||
1.1. Мощностная характеристика ВЭА.
1.1.1. Расчетная мощность ВЭА.
Р
асчетная мощность определяется из выражения:(1)
где =1,226 кг/м3 – плотность воздуха;
F=D2/4 - ометаемая площадь ветроколеса в м2;
p - расчетная скорость ветра в м/с;
cp=0,40,45- коэффициент использования энергии ветра;
M=0,850,9 - КПД мультипликатора;
Г=0,70,95 - КПД генератора.
Значения D и p выбираются из таблицы 1.
Меньшие значение cp, M и Г принимаются для ВЭА с D8м, а большие – для D8 м.
1.1.2. Построение мощностной характеристики ВЭА.
М
ощностная характеристика ВЭА определяется расчетом: (2)
где - скорость ветра.
Причем необходимо учитывать специфику работы ВЭУ, которая заключается в том, что при:
По выражению (2) проводится вычисление NВЭА, заполняется таблица 3 и строится (на миллиметровке) график расчетной мощностной характеристики вида NВЭА=f() (рис.2).
Таблица 3.
Значения NВЭА в зависимости от скорости ветра.
| , м/с | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
| NВЭА, кВт | | | | | | | | |
| , м/с | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 |
| NВЭА, кВт | | | | | | | | |