Учебная работа. Разработка эффективной системы энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии туристической базы пансионата «Колос»

Учебная работа. Разработка эффективной системы энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии туристической базы пансионата «Колос»

Введение

Во все времена для обеспечения собственной жизнедеятельности, ублажения разных потребностей человек создавал, улучшал и развивал разные виды производства. Изобретение топливных движков, а потом и электронных машин, явилось в свое время значимым событием в развитии энергетики. Оно обусловило и современное состояние электроэнергетики, в базе которой лежат термо электростанции, работающие на различном ископаемом горючем.

Но в крайнее время, когда чудилось, что перспективы классической энергетики на ископаемом горючем довольно устойчивы, в нарастающем темпе стали проявляться ее нехорошие стороны — загрязнение окружающей среды в сочетании с резвым уменьшением вседоступных припасов угля, нефти, газа. Так, по данным ЮНЕСКО /16/, при сохранении имеющихся тенденций употребления глобальных припасов ископаемого горючего хватит на 40 — 100 лет.

Естественно, что население земли попробовало среагировать на появляющиеся задачи и было выдвинуто ряд решений по их преодолению. А именно, были найдены способности использования термоядерных реакций, которые могут обеспечить население земли энергией на почти все тысячелетия. Но, экологические задачи при всем этом не снимаются, а напротив, еще наиболее обостряются из-за необходимости хранения радиоактивных отходов и способности аварий атомных электростанций. Таковым образом, можно считать, что освоение атомной энергии не избавляет заморочек энергообеспечения.

В истинное время в почти всех странах Мира (в том числе развитых и владеющих атомной энергией) все большее внимание уделяется возобновляемым источникам энергии (ВИЭ), при всем этом исследуются способности использования энергии Солнца, ветра, рек, приливов биотоплива и др. ВИЭ находятся в природе в естественном состоянии, потому не делают экологических заморочек, и в силу собственной возобновляемости являются неисчерпаемыми. Но, применение ВИЭ для энергоснабжения разных объектов в истинное время тоже в некой степени является проблематическим.

Так, для неких ВИЭ типично непостоянство мощности во времени. При этом график конфигурации мощности ВИЭ может не совпадать с графиком потребности в энергии (неувязка несовпадения).

Не считая того, в истинное время серьезные издержки на сооружение энергоустановок на базе ВИЭ превосходят серьезные Издержки на энергоустановки на ископаемом горючем (неувязка цены). Есть и еще наименее значимые задачи, связанные в главном с конструкцией энергоустановок на ВИЭ.

Но, все эти задачи не являются принципно неискоренимыми, а порождены, на наш взор, недостаточной разработкой вопросцев использования ВИЭ. Обилие ВИЭ, современные заслуги науки и техники в области электротехники (включая аккумулирование и увеличение к.п.д. электроприемников), также непрерывный рост цены классической энергии на фоне понижения цены энергоустановок на ВИЭ дают основания возлагать на успешное преодоление главных заморочек их использования.

Более большим пользователем жаркой воды является животноводство, которое занимает ведущее пространство в АПК Рф по потреблению энергетических ресурсов (18-22 % горючего и электронной энергии от всех энергоресурсов, применяемых на производственные цели в сельском хозяйстве).

системы гелионагрева обширно употребляют для жаркого водоснабжения и подогрева на фермах, теплицах, теплоснабжения низкотемпературных производственных и бытовых действий, сушки сельскохозяйственной продукции, опреснения воды. Это обосновано тем, что/9/:

— потребность в низкопотенциальной термический энергии составляет 30-45% от общего энергопотребления в сельском хозяйстве;

— для выполнения почти всех производственных и бытовых операций и действий на объектах животноводства, как правило, нужны низкотемпературные (до плюс 65 °С) теплоносители в виде воды (обычно воды) либо воздуха;

— низкотемпературные гелионагреватели имеют довольно высочайший коэффициент преобразования энергии (0,3-0,75), ординарны по конструкции, могут работать без концентраторов и систем непрерывной ориентации и оказывает малое действие на окружающую среду.

Внедрение солнечной энергии для теплоснабжения дозволит/9/:

-замещать от 20 до 60% термический перегрузки объектов сельского хозяйства зависимо от климатического расположения;

-исключить Издержки на доставку органического горючего (что принципиально для удаленных потребителей);

-предотвратить загрязнение окружающей среды и сельскохозяйственной продукции.

Исходя из изложенного, целью истинной работы является разработка действенной системы энергоснабжения на базе ВИЭ туристской базы пансионата «Колос».

1. Производственно-хозяйственная нравистика объекта проектирования «Гостевой Дом» пансионат «Колос»

1.1 Общая характеристика объекта проектирования

Проектом предусматривается стройку 2-х этажного древесного гостевого дома для отдыха. Помещения гостевого дома состоят: из спальных номеров на 11 гостей; комнаты кастелянши; общей комнаты отдыха; бильярдной; сауны и бассейна.

Функции помещении гостевого дома — оздоровительные: отдых, психическая разгрузка, восстановление сил. Помещения обустроены особым оборудованием — как санитарным так и технологическим.

Площадь первого этажа 137,21м2.

Площадь второго этажа 143,32м2.

Общая площадь помещения дома 280,53м2.

Из их площадь спальных

номеров 101,4Зм2 .

Площадь помещения общего

использования 179,10м2

Помещение имеет два основных входа они же являются и аварийными выходами, доп аварийный выход предусмотрен из помещении сауны и бассейна.

Освещение — электронное централизованное.

окна — стеклопакеты по Гост 16289-86.

Двери (внешние) — двери головного входа из металлопластика.

Гост 26689-81.

Двери(внутренние) — по Гост-26689-81;

Балконные двери — по Гост- 16289-86.

Водопровод — питание от скважины.(в подвале.)

Сточная канава — самотечная , в выгреб.

Жгучая вода — водонагреватели.

Отопление — автономное от котельной.

Режим боты — круглые сутки.

Состав персонала — 1 человек.

Сан. денек — крайний денек недельки.

Начальные данные для проектирования:

Расчетная температура воздуха -370С;

Высокоскоростной напор ветра 38 кгс/м2;

Вес снегового покрова 50 кгс/м2;

Расчетная сейсмичность 8 баллов.

1.2 Потребляемая мощность электроэнергии

Энергия, потребляемая пансионатом «Колос», расходуется на подогрев, освещение и приведение в действие разных электроприемников. Для подогрева обычно употребляется ископаемое жесткое либо газообразное горючее, пореже жидкое горючее. Применение для этих целей электроэнергии быстрее является анахронизмом, нежели многообещающим направлением.

Если исключить из рассмотрения подогрев, то другие пользователи являются электронными и требуют электроэнергии. В данной нам связи, для проектирования электроснабжения нужно иметь информацию о графиках электропотребления либо изменении потребляемой мощности. В таблице 1.1. приведены перегрузки по объектам пансионата «Колос».

Таблица 1.1. Перечень имеющейся установленной мощности по объектам пансионата «Колос»

1.

Корпус № 1

2 кВт

2.

Термическая заавесь

4 кВт

3.

Улица

1 кВт

4.

Корпус №2

2 кВт

*5.

Корпус №3

1,3 кВт

6.

Корпус №4

1,5 кВт

7.

Корпус №5

0,9 кВт

8.

Корпус №6

1,3 кВт

9.

Баня № 1

0,5 кВт

10.

Баня №2

0,2 кВт

11.

Туалет

0,2 кВт

12.

Сторожка

0,2 кВт

13.

Склад

0,1 кВт

14.

Склад

0,1 кВт

15.

Гараж

0,2 кВт

16.

Конференц зал

0,7 кВт

17.

Юрта

0.2 кВт

18;

Проходная

0,1 кВт

19.

Бар

0,6 кВт,

20.

Столовая освещение

5,6 кВт

21.

Эл. плита 4 конфорки

духовка

духовка

16 кВт

2 кВт

1 кВт

22.

Холодильник

0,45 кВт

23.

Пекарня шкаф

8 кВт

2 кВт

24.

Камера холодильная

1 кВт

25.

Итого

53,85 кВт

В руководящих указаниях по проектированию электроснабжения /28/ приведены данные о наибольшей перегрузке на вводе в сельский жилой дом, которая составляет 1,5…7,5 кВт зависимо от наличия газификации местности и уклада жизни. Но, данных о изменении перегрузки в течение суток не приводится. В то же время, из-за того, что графики поступления энергии от ВИЭ неуправляемы человеком, для выбора варианта электроснабжения нужно знать графики употребления электроэнергии.

Но потому что рассчитываемый «Гостевой дом», является частью базы туристского отдыха, его главные перегрузки приходятся на летне-осенний период, а мощность ТП расходуется в главном на освещение. В таблице 1.2. приведен список осветительного и силового оборудования применяемого в доме.

Таблица 1.2. Список силового и осветительного оборудования

№ п/п

Наименование, техно черта оборудования

Тип, марка

оборудования

Ед. измерения

количество

Масса единицы

оборудования

1

2

3

4

5

6

1 Оборудование светотехническое.

1

осветительный прибор люминесцентный защищенного выполнения 2*36Вт

ЛСП18-2*36

Шт.

25

2

осветительный прибор накаливания зачищенного выполнения 100Вт

НПП02-100

Шт.

11

3

осветительный прибор люминесцентный защищенного выполнения 4*18Вт

ЛСП18-4*18

Шт.

18

4

Лампа люминесцентная 36Вт, 220 В

Шт.

50

5

Стартер 220В,40Вт

Шт.

122

1

2

3

4

5

6

6

Лампа люминесцентная 20Вт,220 В

Шт.

72

7

Лампа накаливания 100Вт,220 В

В220-230-100

Шт.

11

2 Кабельные изделия

1

Кабель силовой с медными жилами сечением ВВГнгLS4*10

ВВГнг-LS

м

15

2

Кабель с медными жилами сечением ВВГнгLS3*l,5

ВВГнг-LS

м

100

3

Кабель с медными жилами сечением ВВГнгLS3*2,5

ВВГнг-LS

м

200

4

Кабель с медными жилами сечением ВВГнгLS4*6

ВВГнг-LS

м

15

Вспомогательные материалы

1

Выключатель для открытой установки на одну цепь

А14-100

Шт.

21

2

Выключатель для открытой установки на две цепи

А54-001

Шт.

3

3

Розетка штепсельная с третьим заземляющим контактом для открытой установки одинарная

РА16-256Н

Шт

14

4

Розетка штепсельная с третьим заземляющим контактом для открытой установки сдвоенная

РА10-213

Шт.

15

Изделия заводов ГЭМ

1

Коробка ответлительная

У169

Шт.

35

2

Коробка монтажная

КВР-1

шт

15

Щиток ШР1 запитывается от имеющегося ВРУ. Учет производится электрическим счетчиком ‘Меркурии 230’

Установленная мощность 22,8 кВт, расчетная мощность 18,53 кВт, напряжение сети 380/220 В.

Силовыми токоприемниками является сауна проводка осуществляется кабелем ВВГнг — LS проложенным в стенке.

Электроосвещение выполнено люминесцентными лампами и лампами накаливания.

В проекте дома предусматривается устройство внешнего контура заземления. Заземляющий контур состоит из 2-ух вертикальных электродов, длиной по 3 м любой, соединенных (сваркой) меж собой круглой сталью. К третьей нулевой жиле кабеля подключены внешний контур заземления , железные корпуса осветительных приборов , щитков, третьи защитные контакты штепсельных розеток.

1.3 Обоснование проекта

Организованный туризм имеет огромное задачка сделать удобные условия для отдыхающих, а конкретно обеспечить устойчивое энергоснабжение. Но производить это нужно с учетом того, что оз. Байкал относится к участку мирового наследства, по этому внедрение для энергоснабжения обычных источников энергии, несущих негативное действие на экологическую обстановку в регионе просто неприемлимо. Единственным оптимальным выходом из данной ситуации служит внедрение экологически незапятнанных возобновляемых источников энергии — солнца и ветра. К тому же Байкальский регион является многообещающим для использования установок на базе ВИЭ.

В дипломном проекте предложено ввести в пансионате «Колос» фото-ветро установку, пассивную галлактику и гелиосистему, для автономного энергоснабжение гостевого дома.

Ни для кого не тайна, что цены на термическую и электронную энергию с каждым годом будут лишь повышаться, а ресурсов становиться меньше, потому направление данной дипломной работы является многообещающим и животрепещущим в сложившейся ситуации, а внедрение экологически незапятнанных, энергоэффективных установок на базе ВИЭ дозволит не только лишь существенно понизить Издержки на обычное горючее и электроэнергию, да и получать экологически чистую энергию, сохраняя природу Байкальского региона.

2. Обзор экологически незапятнанных энергопассивных домов

Солнечное теплоснабжение в жилищно-коммунальной и производственной сферах получило в мировой практике наибольшее распространение по сопоставлению с иными направлениями этого источника, является более применимым по экономической эффективности и способно понизить энергопотребление в доме до 60% . В свое время в бывшем СССР (Союз Советских Социалистических Республик, также Советский Союз — несколько 10-ов опытнейших личных жилых домов с разными системами солнечного теплоснабжения. один из их был построен поблизости г. Ереван в 1981 г. / 18 /: с площадью стройки 89,4 м2, годичный потребностью 112 ГДж тепла, солнечной двухконтурной системой с углом наклона коллекторов 60°. Опытнейшая эксплуатация дома в течение 5 лет показала, что толика покрытий годичных потребностей дома за счет солнечной энергии составила 50-60 %, либо 2,8 т у.т. экономии тепла.

Представляет большенный энтузиазм опыт скандинавских государств в разработке «солнечных домов», также государств северных широт от 50° до 60е с.ш. — Англии, Дании, Швеции, Германии, Канады.

Так, в Англии 1-ый дом с внедрением солнечной энергии и термического насоса для отопления помещения был построен в 1956 г. Кэртисом . Потом было выстроено здание, получившее более широкую известность в Европе — приставка к школе Св. Жору в г. Валласей ,

На этом примере обосновали, что пассивный сбор солнечной энергии на имеющей двойное остекление, направленной на юг, стенке большенный площади может обеспечить по наименьшей мере 30% общей потребности в отоплении.

Из устройств с пассивным сбором солнечной энергии обширно известна стенка Тромба-Мишеля. 1-ый «солнечный» дом по проекту Ж. Мишеля и Ф. Тромба был построен в Шовенси-ле-Шанто в 1972 г. (49° 10′ с.ш.), а с 1973 г. на Парижской ярмарке представлялись уже разные типы домов с солнечным отоплением.

В бывшей ФРГ 1-ый солнечный дом был построен научно-исследовательской лабораторией Филиппе в 1975 г. в Аахене (50°30′ с.ш.) и в этом же году был построен дом, обеспечиваемый солнечной энергией в Копенгагене, Дания (55°43′ с.ш.) .

Солнечный дом в Южной Германии (Драмштат-Кранинхтейн) является одним из первых домов в Средней Европе, энергоснабжение которого обеспечивается лишь за счет солнечной энергии . Хотя интенсивность солнечной радиации в Германии составляет 1000 кВт/ ч/м2 в год, известному Научно-исследовательскому институту Солнечной энергетики им. Фраунгофера удалось воплотить идею сотворения самодостаточного солнечного дома площадью 145 м2 за счет: современной прозрачной изоляции, энергоэффективных солнечных коллекторов и батарей, повторного использования и сезонного аккумулирования тепла и энергосберегающей бытовой техники. Сезонное хранение энергии обеспечивается за счет припаса сжатого водорода и кислорода, получаемых электролизом воды. Электрообеспечение дома и электролиз воды осуществляется за счет электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями. Таковым образом, удалось понизить потребление тепла в год на отопление на 1 м2 до 9,3 кВт*ч, тогда как в жилых домах Германии расходуется 250 кВт*ч/’м2.

Современные проекты энергоэффективных жилых домов с внедрением солнечной энергии для критерий Сибири приведены в /9/ , и по воззрению профессионалов, даже в критериях северных регионов за счет возведения двойной оболочки строения с внедрением солнечной энергии можно обеспечить до 40% экономии тепла.

Беря во внимание развитие технологий возобновляемой энергетики, с подабающей толикой убежденности можно сказать о настоящей способности сотворения действенной системы энергоснабжения удаленных от центральной энергосети сельских домов при условии комбинированного использования энергии солнца, ветра и биомассы, говорится в /18/ и тут же предлагается рациональная схема энергоснабжения автономного сельского жилья.

Спецы Швеции, приступив к массовому внедрению систем теплоснабжения с внедрением солнечной энергии, сделали вывод о необходимости сотворения в северных широтах аккумов, способных накопить в летнюю пору огромное количество солнечного тепла и сохранить его на зимний прохладный период. В связи с тем, что относительная стоимость термоизоляции миниатюризируется при увеличении размера хранения, предлагается создание теплохранилищ на группу спостроек либо поселок, т.е. создание централизованного теплоснабжения с обслуживанием всей системы спецами, что увеличивает надежность ее работы и эффективность.

В 1971 г. в первый раз в Канаде инженер-электрик Э. Хоффман оборудовал собственный дом воздушной системой отопления с солнечными коллекторами, эта система обеспечила 50% нагрев воздуха для отопления и потребности в жаркой воде. Потом достойные внимания архитектурно-конструктивные решения применил инженер Грет Аллен в 1974 г. в штате Онтарио. дом рассчитан па 50% обеспечения энергией за счет солнца, тепло, вырабатываемое 18 м2 СК, сохраняется в резервуарах с 2-мя тоннами парафина. В следующие годы было осуществлено стройку нескольких здании с утилизацией солнечной энергии (при денежной поддержке Правительства Канады) — административные, торговые и жилые строения, при этом главным направлением, как и в Швеции, является: пассивная утилизация солнечного тепла и стройку домов с малым потреблением энергии, создание специального оборудования для северных термических гелиосистем централизованного теплоснабжения спостроек и поселков с аккумами летнего солнечного тепла.

В то время как в Рф почти все спецы до сего времени воспринимают пассивные дома как фантастику, в США (Соединённые Штаты Америки — много лет проводится очный общенациональный студенческий конкурсу по проектированию и строительству энергопассивных домов.

Требования конкурса: мини-дома должны быть вполне автономными энергетически, причём — в хоть какое время года. Это так именуемые «дома нулевой энергии». В их конструкции нужно по максимуму употреблять экологически незапятнанные, просто утилизируемые материалы из возобновимого сырья.

дома должны генерировать достаточную мощность от Солнца, чтоб в их можно было тихо включать стиральные и посудомоечные машинки, компы и телеки, и, очевидно, чтоб обеспечивать дом теплом, светом и вентиляцией.

В конкурсе 2005 года приняло роль 18 установок, построенные дома свозили в «Солнечную деревню», расположенную в Вашингтоне.

дома оценивались по 10 дисциплинам: удобство для проживания, интерьер; проектная документация; коммуникации; климатический удобство; приборы, оснащение; жгучая вода; освещение; общий баланс энергии; и энергоэкспорт.

Анализируя вышеизложенное можно сказать, что Наша родина, имея большой потенциал солнечной энергии, существенно отстает от ведущих государств запада в плане внедрения экологически незапятнанных энергопассивных домов, финансирования и реализации проектов в данной области.

3. Анализ возобновляемых источников энергии

3.1 Солнечное излучение

Опосля энергетического кризиса 1973 г. правительствами государств и личными компаниями были приняты критические меры по поиску новейших видов энергетических ресурсов для получения электроэнергии. Таковым источником сначала стала солнечная энергия. Были разработаны параболо-цилиндрические концентраторы. Эти устройства концентрируют солнечную энергию на трубчатых приемниках, расположенных в фокусе концентраторов. Любопытно, что в 1973 г. скоро опосля начала нефтяного эмбарго был сконструирован тонкий концентратор, явившийся фуррором научной и инженерной мысли.

Это привело к созданию первых солнечных электростанций (СЭС) башенного типа. Обширное применение действенных материалов, электрических устройств и параболо-цилиндрических концентраторов позволило выстроить СЭС с уменьшенной стоимостью — системы модульного типа. Началось внедрение этих систем в Калифорнии компанией Луз (Израиль). Были подписаны договоры с компанией Эдисон на стройку в южной Калифорнии серии СЭС. В качестве теплоносителя использовалась вода, а приобретенный пар подавался к турбинам.

1-ая СЭС, построенная в 1984 г., имела КПД 14,5%, а себестоимость производимой электроэнергии 29 центов/(кВт-ч). В 1994 г. КомпанияЛуз реорганизована в компанию Солел, базирующуюся в Израиле, и продолжает удачно работать над созданием СЭС, ведет стройку СЭС мощностью 200 МВт/18/, также разрабатывает новейшие системы аккумулирования энергии. В период меж 1984 и 1990 г. компанией Луз было выстроено девять СЭС общей мощностью 354 МВт. Крайние СЭС, построенные компанией Луз, создают электроэнергию по 13 центов/(кВт-ч) с перспективой понижения до 10 центов/(кВт*ч). Д. Миле из института Сиднея улучшил систему солнечного концентратора, использовав слежение за Солнцем по двум осям и применив вакуумированный теплоприемник, получил КПД 25—30%. Стоимость получаемой электроэнергии составит 6 центов/(кВт-ч). Стройку первой экспериментальной установки с таковым концентратором начато в 1994 г. а Австралийском государственном институте, мощность установки 2 МВт. Считают, что схожая система будет сотворена в США (Соединённые Штаты Америки — температуры слоев воды в океане, которая может достигать 20°С. Станции на данной нам базе (ОТЭС) находятся в разработке. 1-ый вариант схожей установки мощностью 5 МВт проектируется в Израиле. Наименьшие по мощности установки действуют в Австралии, Калифорнии и ряде остальных государств. Основная сложность перспективы их использования — низкая экономичность и как следствие отсутствие коммерческого энтузиазма.

Начиная с 70-х годов правительства промышленных государств израсходовали биллион баксов на разработки фотоэлектрических преобразователей. За крайние 10 лет стоимость фотоэлектрических преобразователей понижалась и достигнула 3,5-4,75 дол/Вт, а стоимость получаемой энергии 25-40 центов/(кВт/ч). Мировой размер производства с 6,5 МВт в 1980 г. возрос до 29 МВт в 1987 г. и в 1993 г. составил наиболее 60 МВт./р.и./

В Стране восходящего солнца раз в год выпускается 100 млн. калькуляторов общей мощностью 4 МВт, что составляет 7% мировой торговли фотоэлектрическими преобразователями. Наиболее 20 тыс. домов в Мексике, Индонезии, Южной Африке, Шри-Ланке и в остальных развивающихся странах употребляют фотоэлектрические системы, смонтированные на крышах домов, для получения электроэнергии для бытовых целей.

Лучшим примером использования таковых систем является Доминиканская Республика, где 2 тыс. домов имеют фотоэлектрические установки, сконструированные в крайние 9 лет. Стоимость таковой установки 2 тыс. дол.

В Шри-Ланке израсходовано 10 млн. дол на электрификацию 60тыс. домов при помощи фотосистем. Стоимость установки мощностью 50Вт, включающая фотопанель, источник света и аккумуляторную батарею, составляет 500 дол.

В дальнейшем стоимость ycтaновки для малых систем будет понижаться, к примеру установки с люминесцентными лампами. В Кении в течение крайних лет 20 тыс. домов электрифицировано при помощи фотосистем по сопоставлению с 17 тыс. домами, где за это время введено централизованное электроснабжение. В Зимбабве за счет кредита в 7 млн. дол, выделенного в 1992 г., электрифицировано 20 тыс. домов в течение 5 лет. Мировым банком выделен кредит в 55 млн. дол. для электрификации 100 тыс. домов в Индии фотосистемами. В США (Соединённые Штаты Америки — дома, освещение, радио, телевидение и комп, составляет не наименее 15 тыс. дол. (включая аккумуляторную батарею). Уже имеется 50 тыс. таковых установок в городках и раз в год строится около 8 тыс. установок. Посреди промышленных государств не считая США (Соединённые Штаты Америки — Создание фотосистем достигнет раз в год 1% общей реализации энергии в мире, то их Создание по сопоставлению с современным уровнем обязано возрасти десятикратно, а повышение до 10% данной нам реализации приведет к стократному росту производства фотосистем.

Для удачного внедрения фотосистем их удельная стоимость обязана быть снижена в 3-5 раз до этого, чем покажутся большие энергосистемы.

Половина реализации кремния приходится на монокристаллы, поликристаллическая модификация также имеет огромное будущее. Огромное будущее будут иметь тонкопленочные системы, а именно на базе бесформенного кремния. Некие эталоны фотоэлектро-преобразователей на базе бесформенного кремния имеют КПД 10%, удельную стоимость 1 дол/Вт, стоимость получаемой электроэнергии 10-12 центов/(кВт/ч) — это ниже, чем была ее стоимость в 1993 г. Имеется перспектива понижения цены до 4 центов/(кВт /ч) к 2020 г.

Итак, фотоэнергетика может стать ведущим источником энергии мировой большенный промышленности. Это подтверждают изготовленные в 1994 г. разработки, считают специалисты. В итоге сотворения новейших технологий и увеличения технического уровня продукции быть может преодолен барьер для внедрения фотоэлектрических систем, связанный с высочайшей их стоимостью. Так, по инициативе компании Енрон ведется разработка фотоэлектрической станции мощностью 100 МВт для строительства в Неваде, на которой стоимость вырабатываемой электроэнергии составит 5,5 цента/(кВт/ч).

3.1.1 Определение главных характеристик солнечной энергетики

Одним из многообещающих ВИЭ является солнечное излучение. Так, полная средняя мощность солнечного излучения на землю составляет 1,21017 Вт, т.е. на 1-го человека приходится около 30 МВт /16/.

Мощность солнечного излучения зависит от широты местности, времени года и суток. Не считая того, мощность солнечного излучения, фактически достигающего поверхности Земли (т.е. за вычетом утрат в атмосфере), зависит также и от состояния атмосферы (наличия туч, тумана, пыли и т. п.). Потому что состояние атмосферы зависит от почти всех случайных причин, то дневные и годичные графики поступления солнечной энергии имеют непростой нрав.

Суммарная солнечная радиация ЭУ Содержит в себе излучение, падающее на горизонтальную земную поверхность, 2-ух видов: прямое и диффузное /9 /.

(3.1.)

где Эпр — прямое солнечное излучение, представляет собой поток излучения, поступающего от солнечного диска и измеряемого в плоскости, перпендикулярной солнечным лучом;

Эр -диффузное излучение поступает на землю от остальной части небесной полусферы, претерпевая рассеяние при прохождении через атмосферу;

— высота Солнца — угол в вертикальной плоскости (угол подъема над горизонтом).

знать высоту солнца весьма принципиально. При большенный высоте Солнца возрастает число световых часов, во время которых можно аккумулировать солнечную энергию.

Для узнаваемых значений месячного прихода суммарной солнечной радиации на горизонтальную площадь S валовый потенциал солнечной радиации (СР) можно высчитать по формуле:

(3.2.)

количество солнечной радиации в разных местностях Западной и Восточной Сибири очень зависит от их географических черт, атмосферного климата (и даже локального климата) и тяжело предсказуемых причин. анализ долголетних данных поступления солнечной радиации Эпр на местность Сибири показал, что потенциал гелиоресурсов довольно высок и не уступает южным регионам (табл.3.1.).

Таблица 3.1. Потенциал гелиоресурсов для разных климатов/9/

Район

Эпр, МДж/м2.

Число ясных дней

Длительность солнечного сияния

Весьма прохладный:

-Оймякон

4449,8

137

—

Равномерно прохладный:

-Новосибирск

-Улан-Удэ

-Чита

3687,6

4219,6

4324,0

86,2

153.0

210,0

2077

2472

2353

Равномерно мокроватый:

-Владивосток

3691,5

99,0

—

Равномерно теплый:

-Растов-на-Дону

3561,5

121,0

—

Принципиальной чертой радиационного режима является длительность солнечного сияния, которая например за год для г. Улан-Удэ составляет 2472 ч, в г. Чита- 2353 ч, в г. Новосибирске- 2077ч.

Зависимо от сезонных особенностей дневного хода облачности в том либо ином районе региона периоды с непрерывной длительностью солнечного сияния могут относится к различным частям денька. Крайнее событие имеет принципиальное время приходилась наибольшая повторяемость солнечного сияния.

Таблица 3.2 Длительность действенной работы гелиоустановок (час) по данным непрерывного солнечного сияния станций Республики Бурятия /9/

Месяц

Иволгинск

Баргузин

Кяхта

С-Озерск

Нижнеангарск

Февраль

5,9

5,4

7,3

6,8

5,6

Март

7,8

8,1

8,6

7,6

5,7

Апрель

8,41

9.5

8,9

8,8

73

Май

10,0

10,8

9,4

10,0

83

Июнь

10,5

10,6

10,6

10,2

9,0

Июль

9,9

9,0

9,7

9,0

9,7

Август

8,5

93

8,7

8,3

8,1

Сентябрь

7,0

6,8

6,4

6,9

6,5

Октябрь

4,8

4,3

6,4

5,4

5,2

Самую важную роль в действенной работе гелиоустановки, играет так же лучшая ориентация приемника солнечной энергии, которое определяется 3-мя главными углами- широтой местоположения приемника , часовым углом w, склонением Солнца (рис. 3.1.)

Рис. 3.1 Схема кажущегося движения Солнца по небосклону

Широта — это угол меж линией, соединяющей точку А с центром Земли 0, и ее проекцией на плоскость экватора. Часовой угол — это угол, измеренный в экваториальной плоскости меж проекцией полосы ОА и проекцией полосы, соединяющей центры Земли и Солнца. Угол w=0 в солнечный полдень; в 1 ч. соответствует 15°. Склонение солнца — это угол меж линией, соединяющей центры Земли и Солнца, и ее проекцией на плоскость экватора. Склонение солнца в течение года безпрерывно меняется: от -23°27′ в денек зимнего солнцестояния 22 декабря до +23°27′ в денек летнего солнцестояния 22 июня и равно нулю в деньки вешнего и осеннего равноденствия (21 марта и 23 сентября).

Согласно рис.3.1. большая плотность мощности галлактического солнечного излучения будет при совпадении нормали к площадке и направления на солнце. Потому что положение Солнца относительно Земли безпрерывно меняется в течение года и суток, то для получения очень вероятной плотности мощности солнечного излучения углы должны изменяться подходящим образом, т.е. нужно непрерывное слежение за Солнцем.

Но, как проявили бессчетные работы при всем этом очень возрастает стоимость солнечной установки, превышая стоимость надбавки мощности от слежения. В данной нам связи, для маломощных солнечных установок более действенными являются фиксированные солнечные приемники (коллекторы).

В табл. 3.3. представлена зависимость месячного прихода солнечной радиации на наклонную поверхность от угла наклона СК.

Таблица 3.3 Месячный приход СР в МДж/м2 на наклонную площадку с ориентацией на юг в ясные деньки для углов = 20° , 40° , 50° . 60° , 70° , 90° /9/.

Месяц

Кол-во ясн. дн

20°

40°

50°

60°

70°

90°

0°

I

21,9

191,66

261,17

287,30

306,95

318,75

318,55

117,38

II

22,7

320,31

418.26

453,19

478,13

491,45

452,64

217,92

Ш

22,3

466,68

544,90

608,47

529,74

579,98

523,48

363,94

IV

14,5

350,81

357,35

366,47

353,01

345,29

287,47

333,50

V

10,9

299,74

285,22

281,18

266,29

246,04

189,23

304,55

VI

10,6

329,03

305,07

294,86

270,61

240,80

175,75

319,91

VII

9,0

267,69

250,92

244,19

228.22

204,14

149,20

255,06

VIII

8,9

232,96

229,74

230,00

219,53

209,08

168,50

211,29

IX

9,6

194,36

209,08

226,60

221,07

228,55

194,51

169,73

X

12,8

235,09

294,69

311,38

320,92

322,11

297,07

152,83

XI

12,7

151,51

204,37

223,89

237.50

244,62

240,88

84,58

XII

16,7

134,72

194,53

217,87

235,55

247,04

250,55

69,14

3.2 Энергия ветра

3.2.1 Обзор ветроустановок

Ветер — один из нестандартных источников энергии. Ветер рассматривается спецами как один из более многообещающих источников энергии, способный поменять не только лишь классические источники, да и ядерную энергетику.

Выработка электроэнергии при помощи ветра имеет ряд преимуществ:

Экологически незапятнанное Создание без вредных отходов;

Экономия дефицитного дорогостоящего горючего (обычного и для атомных станций);

Доступность;

Практическая неисчерпаемость.

В не далеком будущем ветер будет быстрее доп, а не другим источником энергии. По оценкам забугорных профессионалов (а именно США (Соединённые Штаты Америки — средства на НИОКР в области сотворения ВЭУ. Особенное внимание при проведении этих работ уделяется увеличению надежности установок, их сохранности, понижению шума, уменьшению помех теле— и радиокоммуникаций.

В истинное время можно выделить последующие сановные направления использования энергии ветра:

Конкретная выработка механической либо термический энергии (ветротепловые, ветронасосные, ветрокомпрессорные, мельничные и т.п. установки);

Ублажение потребностей в электроэнергии маленьких компаний, компаний, учреждений и т.п.

В Дании например в 1994 г. действовало примерно 3600 ветровых энергетических установок , обеспечивая 3% общей потребности в электроэнергии. В Калифорнии (США (Соединённые Штаты Америки — компании, почти все правительства удачно продвигают ветровую технологию, понимая ее значимость. Так, в Калифорнии в 1987 г. установленная мощность ВЭУ составляла 13% по отношению к общей генерирующей мощности, а в 1990 г. — 24%.

В истинное время наибольшее распространение получают ВЭУ мощностью 300-750 кВт по сопоставлению с ранее применявшимися ВЭУ мощностью 100кВт. В новейших системах ВЭУ употребляется аэродинамический профиль ветрового колеса, изготавливаемого из синтетических материалов. Насыщается система почти всеми электрическими устройствами, включая контроль за конфигурацией скорости ветра, обеспечивающими эффективность использования ветра. Новейшие конструкции лучше адаптированы к режиму ветра, в 1994 г. стоимость вырабатываемой электроэнергии уже составила 4-5 центов/(кВт-ч).

В США (Соединённые Штаты Америки — время 0,6% площади страны. При использовании ветра в 48 штатах быть может выработано до 20% потребности в энергии США (Соединённые Штаты Америки — Потребность в электроэнергии быть может вполне обеспечена за счет энергии ветра.

В Северной Германии стоимость вырабатываемой ВЭУ электроэнергии составляет 13 центов/(кВт*ч). Предполагалось к 1995 г. ввести вэу общей мощностью 500 МВт и уже в первой половине 1994 г. установленная мощность ВЭУ составила 95 МВт.

В Индии больший ветряной бум, поддержанный правительством, начался в 1994 г. Уже посреди 1994 г. было ведено в эксплуатацию 120 МВт и в течение следующих 12 мес. обязано быть введено еще 970 МВт. В итоге выполнения данной нам программки в неких регионах Индии располагаемая генерирующая мощность возросла в 10-ки раз.

В Китае, Новейшей Зеландии, Швейцарии, Канаде и на Кубе официально приступили к осуществлению проектов строительства ВЭУ.

На Украине при помощи американских компаний предусматривается стройку ВЭУ общей мощностью 500 МВт.

Посреди государств, которые еще имеют возможность развития ветроэнергетики, следует указать Аргентину, Канаду, Китай, Россию, Мексику, Южную Америку и Тунис, где может быть за счет энергии ветра покрывать до 20% потребности в электроэнергии.

В конце концов, 20 малых субтропических государств, где потребности в электроэнергии удовлетворяются за счет дорогих дизель-генераторных установок, имеют возможность развивать внедрение ветра.

Развитие ветроэнергетики как источника энергии в неких странах сталкивается с противодействием. С одной стороны, ветровые фермы занимают огромные площади. С иной стороны, появляются задачи, связанные с конфигурацией ландшафта при строительстве ВЭУ. площади, занимаемые ВЭУ, могут быть применены для сельскохозяйственных нужд. Стоимость 1 га земли зависимо от регионов может составлять от 100 до 2500 дол. и наиболее. Опыт дает подсказку, что требования сохранения эстетики почти всегда могут быть решены.

иной неувязкой, связанной со строительством ВЭУ, появившейся в 1994 г. стала возможная возможность смерти птиц на путях их передвижения. Орнитологи указывают, что некие пути передвижения птиц проходят через площади, занимаемые ВЭУ. В связи с сиим появилась необходимость провести исследования для осознания природы и масштабов задачи. Специалисты уповают на успешное ее решение.

Важными неуввязками также являются воздействие уровня шума, создаваемого установкой и воздействие работы ВЭУ на системы радиосвязи.

Еще одной из заморочек ветроэнергетики будет то, что регионы, подходящие для использования энергии ветра, удалены от больших промышленных центров, а стройку новейших линий электропередач востребует значимых издержек времени и средств. Так, по расчетам профессионалов линия электропередачи для передачи мощностью 2000 МВт на 2000 км может стоить 1,5 биллиона дол.

В СССР (Союз Советских Социалистических Республик, также Советский Союз — страны более благоприятно для использования конкретно этого вида ВИЭ. В особенности справедливо это для степных районов Рф, к которым относится Республика Бурятия.

Суммарная кинетическая энергия ветра на Земле оценивается величиной порядка 0,71021 Дж /16/. Но большая часть данной нам энергии выделяется над океанами. Тем не наименее, как уже отмечалось, над равнинами, не покрытыми лесами, энергия ветра также достаточно высока. Не считая того в таковой местности ветер различается большей устойчивостью, что в особенности принципиально для работы ветроэнергетических установок.

Ниже приведены некие из ветроустановок разных мощностей, применяемых в мире.

3.2.2 Определение основных характеристик ветроэнергетики

Удельная мощность ветрового потока Nудi(Vi), проходящего через 1 м2 поперечного сечения определяется по формуле/8/:

(3.3.)

где: — данная плотность воздуха при обычных критериях

V — скорость ветра, м/с;

Таковым образом мощность ветра пропорциональна его скорости в третьей степени, и для оценки данной нам мощности довольно иметь информацию о скорости ветра.

В Рф имеются метеорологические службы, специализирующиеся регистрацией скорости ветра , как следует имеются довольно достоверные статистические данные о его скорости. Но при всем этом следует держать в голове, что на метеостанциях скорость ветра измеряется на высоте 10 м над поверхностью Земли в данной местности. Потому если ветроколесо находится на иной высоте, то скорость ветра следует перечесть по последующей эмпирической формуле /16/:

, (3.4.)

где: Vh — скорость ветра на высоте h, м/с;

V — скорость ветра по данным метеостанции, м/с;

h — высота оси ветроколеса, м;

b — эмпирический коэффициент.

Для открытых мест параметр b=0,14 /16/. На основании статистических метеорологических данных определены характеристики энергии ветра в течение года (табл.3.3.1.).

Таблица 3.4 Возможность скорости ветра по градациям (в % от общего числа случаев)/9/

Ме-

сяц

Скорость (м/сек)

0-1

2-3

4-5

6-7

8-9

10-11

12-13

14-15

16-17

18-20

21-24

25-28

ст. Усть-Баргузин

I

31.5

33.2

18,2

8,7

3.0

0,9

2,0

1,0

1,3

0,2

II

44,6

32.0

12,7

5,3

2,4

0,8

1,0

0,3

0,8

0,1

III

38,3

34.1

13,3

6,1

3,7

1.3

1,6

0.7

0,8

0.1

IV

35,8

30.2

15,2

7,9

4,7

1,4

2.2

0,6

1,7

0,3

V

33,8

30.7

18,4

7,8

3,8

1,6

1,7

0,8

1,2

02

VI

35,7

33,1

19,0

6,3

2,6

1,1

1,1

0,3

0,7

0,1

VII

36,9

32,4

18,8

6,5

2,1

0,8

1,0

0,4

0,9

0,2

VIII

33,1

31.5

19,0

7,1

3,2

1,5

2,1

0,6

1,8

0,1

IX

33,4

30.3

17,6

7,3

4,5

1,7

2,6

0,7

1,6

0,3

X

28,5

28,0

16,7

9,6

6,1

1,6

3,1

1,6

4.2

0.6

XI

16,4

21,4

22,3

15,6

7,4

3,6

4,0

2,5

5,2

0.6

XII

15,6

21,2

20,9

17,2

9,1

3,1

5,0

2.3

4,5

1.1

Год

31.9

29,8

17,7

8,8

4,4

1,6

2.3

1,0

2,1

0.4

Из таблицы 3.4. видно, что более возможные скорости ветра равны 4 — 12 м/с. Удельная энергия, при всем этом, определялась с учетом вероятностного нрава скорости ветра по формуле :

(3.5.)

где: Nуд — удельная мощность ветра ,Вт/м2 ;

Vi — i-тая скорость ветра, м/с;

ti(Vi) — возможность деяния i-той скорости ветра во время t.

Для проектирования электроснабжения принципиальным параметром является длительность штиля (V1м/с). Из таблицы 3.4. определяем, что возможность практического штиля в нашей зоне составляет 0,14 -0,30 зависимо от времени года, но наибольшее количество идущих попорядку безветренных дней для Республики Бурятия равно четырем /8/.Это событие следует учесть при проектировании ветроэлектрических установок и определения глубины аккумулирования электроэнергии.

Как видно из данной главы Байкальский регион имеет колоссальный ресурс возобновляемых источников энергии, при этом как солнца, так ветра, что дозволяет с достаточной эффективностью внедрять установки на базе ВИЭ.

4. Технологическая часть

Как показал опыт эксплуатации экодомов, для отопления спостроек в критериях Сибири /9/, внедрение активных солнечных систем неэффективно. Беря во внимание тот факт, что Гостевой дом будет употребляться в главном в летнее — осенний период целесообразнее будет употреблять комбинированную систему теплоснабжения, т.е. для отопления предлагается употреблять пассивную галлактику, а для жаркого водоснабжения — солнечные коллектора с теплоносителем вода.

На рис. 4.1. представлена схема системы солнечного теплоснабжения.

Рис. 4.1.Схема системы солнечного теплоснабжения.

1-солнечный коллектор, 2- бак аккумулятор жаркой воды, 3- теплообменник, 4- здание с напольным отоплением, 5- дублер, 6- пассивная галлактика, 7- галечный аккумулятор, 8- заслонки, 9- вентилятор, 10- подача теплого воздуха в здание, 11-подача рециркуляционного воздуха из строения.

4.1 Обзор пассивных систем солнечного отопления

Пассивная система солнечного отопления ординарна по конструкции и имеет высшую эффективность, система способна обеспечить до 60 % загрузки отапливаемых сооружений /18/.

Сооружение с пассивным внедрением теплоты солнечной радиации можно найти как построенную с учетом погодных действий данной местности систему отопления, использующую строй элементы, очень аккумулирующую энергию солнечного излучения для обеспечения локального климата в помещении, в согласовании с нормами проектирования.

Пассивные гелиосистемы условно делят на открытые и закрытые.

В открытых системах лучи солнечного излучения попадают в отопительное помещение через оконные просветы (увеличенных размеров) и нагревают строй конструкции помещения. Крайние при всем этом являются приемниками и аккумами теплоты.

Такие системы весьма ординарны, но имеют недочеты, а конкретно: неустойчивость термического режима; в ряде всевозможных случаев из-за интенсивной инсоляции возникает неуютное состояние в помещении; необходимость использования доборной нагревательной системы.

В закрытых системах поток солнечной радиации в помещение не просачивается, а поглощается приемником солнечной радиации, совмещенного с внешними ограждающими конструкциями. Таковая система делает как функции основного конструктивного предназначения (элементы сооружения), так и функции приема, аккумулирования и передачи теплоты.

Тепловоспринимающая система, как правило, является и аккумом теплоты.

Схема сооружения с открытой системой отопления показана на рисунке 4.2. В помещении такового сооружения высока неравномерность дневных температур. При отсутствии инсоляции имеет пространство резкое остывание размера помещения.

Схема закрытой пассивной системы без циркуляции теплоносителя (по проекту А. Е. Моргана) показана на рисунке 4.3. В дневное время поток солнечной радиации нагревает громоздкую стенку сооружения, которая ночкой дает свою теплоту внутреннему размеру его. Из-за отсутствия циркуляции воздуха в помещении (либо недостаточной циркуляции) внутренний воздух в помещении греется неравномерно: около стенки теплоприемника воздуха температура большая; при удалении от стенки температура его миниатюризируется существенно.

Аналогично предшествующей является схема пассивного использования теплоты солнечной радиации для отопления, которая спроектирована Г. Хеем. В качестве тепловоспринимающего элемента служит железное покрытие, на котором лежат огромные темные маты, заполненные водой.

Деньком маты с водой открыты для нагрева солнечными лучами. На ночь (то есть темное время суток) маты запираются изолированными панелями при помощи автоматического устройства, которое реагирует на сигнал реостата. Потому теплота, аккумулированная матами, передается в главном вниз, т. е. в помещение. Система Г. Хея наиболее отлично работает в широтах меж 45° южной широты и 45° северной широты, в каких солнце находится высоко в небе и где зимы умеренные, а низкие температуры наблюдаются изредка.

Примером пассивной закрытой системы с циркуляцией теплоносителя через тепло воспринимающую стенку быть может система, приведенная на рисунке 4.4. (солнечный дом Ф. Тромба и Дж. Мишеля). Роль поглотителя и аккума теплоты солнечной радиации играет обращенная на юг мощная бетонная стенка дома, покрашенная в черный цвет и отделенная от внешнего воздуха одинарным, двойным либо тройным остеклением. У верхней и нижней частей стенки находятся каналы для циркуляции теплоносителя (воздуха помещения).

Под действием солнечного излучения воздух, находящийся в промежутке меж стенкой и светопроникающим огораживанием, греется и поступает через верхние каналы в помещение. Этот воздух замещает холодный, поступающий из помещения через нижние каналы. Тем создаются условия для естественной циркуляции воздуха и обеспечивается наиболее равномерная температура в помещении. Ночкой, аккумулированная стенкой теплота, передается помещению.

В горячий период года стенка Тромба—Мишеля является источником доборной теплоты, что делает неуютные условия для тех, кто находится в помещении. Потому целенаправлено на внешной поверхности стенки уложить термическую изоляцию, а в межстекольном пространстве — тепловоспринимающий экран из материала с высочайшей теплопроводностью, чтоб теплота могла свободно передаваться в пространстве меж экраном и стенкой. Тепловоспринимающий экран греется до температуры 0…120°С и вследствие этого естественная конвекция воздуха становится интенсивной. Термо утраты при всем этом сводятся до минимума. В горячий период термическая изоляция на внешной поверхности стенки предутверждает доп нагревание помещений.

Интенсивное движение воздуха около пола помещения и в особенности поблизости канала и стенки является источником дискомфорта у людей и может влиять на состояние их здоровья. Потому перед выходным отверстием нужно установить защитный экран.

Заслуживает внимания предложение Д. Шахурди. место меж светопроникающим огораживанием и стенкой рекомендуется выполнить довольно огромным, с тем чтоб употреблять его для выкармливания растений. Стекла покрыты узкой пленкой, в какой коэффициент проникания солнечного луча изменяется зависимо от температуры. При низкой температуре пленка пропускает около 95 % солнечной радиации, если крайняя падает на нее под прямым углом. В теплом состоянии она малопрозрачна. В итоге солнечная теплота поступает в теплицу не только лишь в солнечную, да и в прохладную погоду.

Опыт эксплуатации сооружений с системой отопления Тромба—Мишеля обосновал, что поступление теплоты от солнечной радиации на южную и восточную стенки в ясный денек может покрыть дневные термо утраты строения. Пассивные гелионагреватели в главном возместят термо утраты сооружения, но для этого нужно достаточное число ясных дней в отопительный период. Фактически пассивная система отопления станет выгодной при числе ясных дней не наименее 60…70 % полного количества дней отопительного периода. В облачные деньки эффективность пассивной системы миниатюризируется на 50…60 % относительно номинальной, по сопоставлению с ясными деньками, и в итоге этого толика системы в общем балансе энергосбережения ерундова. В этом случае нужный локальный климат поддерживают либо при помощи обычного источника отопления (к примеру, электрокотельные) либо аккума теплоты.

Аккумулирование теплоты существенно увеличивает эффективность и надежность пассивной системы. Батареи располагают либо в земле (рис. 4.5., а) либо снутри сооружения (рис. 4.5., б). В первом случае нужно наличие вентилятора для подвижности воздуха. Размещение аккума в объеме строения дает больший эффект, потому что теплота не пропадает в окружающую среду, но таковой аккумулятор плохо вписывается в сооружение.

4.2 Расчет отопления

4.2.1 Расчет перегрузки отопления

Начальные данные:

Расчетная перегрузка рот расч= 30 кВт.

Число градусо-дней отопительного периода. D=7067,9

Термическую нагрузку отопления дома определяем по формуле /9/:

(4.1.)

где UA — полный коэффициент теплопотерь строения:

]]>