практические задание по энергоснабжению. ПРАКТИКА-22-УМЛ-финал. Энергосбережение и возобновляемые источники энергии для студентов

• Название: Энергосбережение и возобновляемые источники энергии для студентов
• Анкор: практические задание по энергоснабжению
• Дата: 31.03.2023
• Размер: 440.64 Kb.
• Имя файла: ПРАКТИКА-22-УМЛ-финал.docx
• Тип: Методическое пособие; #1027898
• страница: 3 из 13

Пример: использование солнечной энергии для обогрева «солнечного черного дома».

«Дом на солнечной энергии» размером H*L (высота и ширина) с большим окном на южной стороне и большой почерневшей стеной на северной стороне.

Толщина теплопоглощающей стены из бетона (б), ее плотность ρ=2,4*103 кг/м3, коэффициент теплопередачи стекла τп=0,9, коэффициент поглощения стеной αп=0,8.

Какое количество солнечного света необходимо для нагревания воздуха в помещении на 200С выше температуры наружного воздуха?

Какова температура в комнате в 8 утра, т.е. через 16 часов?

Температура наружного воздуха T1=0°С. Теплоемкость бетона с=840Дж/кг*К. Термическое сопротивление внутренних теплопотерь через стекло r=0,07м2*К/Вт
Решение: τ*α*G=(T_r-T_a)/r,

r- термическое сопротивление теплопотерям через одинарное остекление, 0,07м2К/Вт;

Ta-внешняя температура, 0С;

Тр-комнатная температура, 0С;

τ- коэффициент пропускания стекла, 09;

α- коэффициент звукопоглощения стенки, 0,8;

G- поток солнечного света;

Г=200К/(0,07*0,9*0,8)=400Вт/м2

такое излучение можно ожидать в ясный зимний день.

Г = 0; dTr/dt= -(Tr–Ta)/R; С=мс; R= r/A= 0,07/10= 0,007K/Вт, где

А- размер окна, 10м2.
T_r – T_a = (T_r – T_a)_t=0 exp[-t/(RC)], T_a = const (2.30)
Абсорбционная стена выполнена из бетона.
C = mc (2.31)
C = 2,4*10³кг/м³ *2*5*0,1*840Дж/(кг*К) = 2*10⁶Дж/К,

RC = 0,007*2*10⁶= 14000сек = 4час .

Через 16 часов температура воздуха дома будет выше температуры наружного воздуха:

20⁰C*exp(-16/4) = 0.4⁰C
Таблица 4

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
H,м	3	4	5	4	5	3	5	4	3	5	3
L,м	5	3	4	6	5	4	4	3	6	3	6
В,м	0,2	0,1	0,3	0,4	0,5	0,3	0,4	0,2	0,3	0,5	0,4

Вариант	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
H,м	4	5	4	5	4	5	3	4	5	4	3
L,м	4	5	4	6	6	3	5	3	6	4	5
В,м	0,2	0,3	0,4	0,3	0,5	0,2	0,3	0,5	0,	0,	0,
вариант	23	24	25	26	27	28
H,м	5	3	4	5	4	5
L,м	2	5	4	6	6	3
В,м	0,7	0,3	0,6	0,8	0,5	0,7

Задачи контроля: Определить глубину и диаметр параболического фокусора с углом раскрытия 30°, фокусирующего лучи на ФЭП диаметром 100 мм.

1. Определяем входной диаметр:D=d/sinα

2. Определяем глубину фокуса:Н=0,5(D+d)ctgα

Домашнее задание: Если внутренний диаметр трубки d, см, поток солнечной энергии G, Вт/м2, температура окружающей среды Tср (таблица 2), необходимо найти температуру трубки вакуумного ресивера. Сопротивление теплопотерям R=10,2 К/Вт, коэффициент пропускания остекления β=0,9, коэффициент поглощения (поглощаемая часть энергии), αп=0,85.

Решение: Внутренний диаметр трубы d=1см=0,01м, поток солнечной энергии G=750Вт/м2, температура окружающей среды Tср=200С.

β_*α_п*G_*d = (Т_тр-Т_ср)/R. (2.32)
R_*(βα_п*G_*d)+20⁰С=Т_ср (2.33)
Т_тр= 10,2_*0,9_*0,85_*750_*0,01+20=78,5⁰С
Таблица 5

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
d,см	7	8,9	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1	1,1	1,2
G,Вт/м2	950	900	650	800	850	700	550	900	650	600	550
Tср,0С	25	25	30	50	60	75	80	55	90	58	75

Вариант	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
d,см	6,2	3,4	9,5	7	5,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1	1,1
G,Вт/м2	500	750	770	650	800	550	800	950	700	750	500
Tср, 0С	50	40	45	20	45	20	35	20	35	10	25
Вариант	23	24	25	26	27	28
d,см	2,2	2,4	3,5	4,5	4,1	5,2
G,Вт/м2	500	750	700	650	500	550
Tср, 0С	45	20	35	20	25	40

Контрольные вопросы: 1. Что такое солнечная энергия?

2. Объяснение излучения

3. Экологический аспект солнечной энергетики?

4. Объясните важность солнечной энергии

Используемая литература:
1.Туганбаев И. . Солнечная энергия и ее преобразование / Туганбаев И. ., 2020. - 221 c. https://elib.kz/ru/search/read_book/1652/

2.Ершина А. К. Теория и практика использования возобновляемых источников энергии Ершина А. К., 2020. - 221 c. https://elib.kz/ru/search/read_book/1185/

3.БегімбетоваХ.А.Баламалыэнергиякөздеріненегізделгенқондырғылардыңэнергетикалықкөрсеткіштерінесептеуәдістемесі : оқулық / Х. А. Бегімбетова. - Шымкент : ЖШС "Нұрсәт-2 НС" баспасы, 2015. - 200 с. (Шифр 6П2/Б 34-897103) http://www.lib.ukgu.kz/cgi-bin/irbis64r_01/cgiirbis_64.exe

4.Шапкенов Б.К. Электроснабжение на основе возобновляемых источников энергии : учебное пособие для энергетических специальностей ВУЗов / Б. К. Шапкенов, А. Б. Кайдар, М. Б. Кайдар. - Алматы : ССК, 2017. - 192 с. (Шифр 6П2.1/Ш 23-057750) http://www.lib.ukgu.kz/cgi-bin/irbis64r_01/cgiirbis_64.ex

Практическое занятие №3. Расчет солнечной установки в частной системе электроснабжения
План занятия: Изучить актуальность и значение частной системы электроснабжения в эксплуатации, изучить краткие теоретические детали.

Цель: Формировать базовые представления и знания о нетрадиционной солнечной энергетике частной системы электроснабжения.

Задачи: участие в проектировании модернизируемых энергоресурсосберегающих производств, систем сельскохозяйственного предприятия

Квалификация: Способность организовать использование солнечных установок и электротехнических систем возобновляемых источников энергии в системе частного электроснабжения.

Навыки: Способы познания основных видов солнечных установок в системе частного электроснабжения, обработка изложенной в лекции информации с целью раскрытия их темы

Компетенция: использование схем в учебной и профессиональной деятельности, приведение примеров. Учащиеся знакомятся со схемами солнечной установки

Форма проведения урока: письменная (понимание примеров, решение задач).
Краткая теоретическая информация
КПД солнечной электростанции – это необходимое количество теплоты, запасенной в аккумуляторе Q:
Q = П * n * τ * Z, МДж, (3.1)
где P – суточное потребление тепла, кВт;

п - количество дней;

τ - продолжительность теплопотерь в сутки, часов;

Z - коэффициент передачи 3,6 мДж/кВт*ч.

Необходимое количество воды:
V = Q/(ρ*c*ΔT),м³, (3.2)
где ρ – плотность воды, кг/м3;

в - теплоемкость воды, 4200 Дж/кг·К;

ΔT — разница между начальной и последующей температурами батареи, К.

Глубина аккумуляторного бака h, м:

h = V/A,м, (3.3)
где V – объем, м3;

А - площадь, м2.

Термическое сопротивление между окружающей средой и батареей R:
R = (τ сек.)/(1,3*Vм³*ρ*с), К/Вт, (3.4)
Нақты термиалық кедергі:
r = R * A,м²К/Вт (3.5)
Толщина покрытия верхней крышки сосуда:
d = r * λ, м, (3.6)
где λ – коэффициент теплопроводности изоляционного материала (пенополистирола, λ = 0,04 Вт/(м*К)

Плотность энергии q запасенной в аккумуляторе:
q = Q/V, МДж/м³, (3.7)
МЕХАНИЧЕСКИЙ АККУМУЛЯТОР:

Кинетическая энергия E вращающегося тела равна:
E = I * ω²/2, (3.8)
где I — момент инерции относительно оси вращения тела;

ω – угловая скорость, рад/с

Момент инерции однородного диска :
I = m * a², (3.9)
где m — масса диска;

а - радиус диска.

Плотность энергии, накапливаемой однородным диском:
W_м = E/m = a² * ω²/2, (3.10)
Время между зарядками маховика:
t = E/P, c (3.11)
здесь: Е (Дж), Р (Дж/с).
Пример: Увеличенная энергия запасается ирокезом. Ирокез вращается с помощью электродвигателя, подключенного к системе. Маховик представляет собой сплошной цилиндр массой М, кг, диаметром D, см и n, 1/мин. может вращаться с частотой (таблица 16). Нужно найти: кинетическую энергию маховика при максимальной скорости. Если средняя потребляемая мощность автобуса Р, кВт, то среднее время подключения электродвигателя на зарядку.

Решение: M = 1000кг, D = 180см, n = 3000об/мин, P = 20кВт. Кинетическая энергия маховика на максимальной скорости:
E = I*ω²/2 (3.12)
I = M*a²/2, где a=R(радиус маховика)
ω = 2π*n/60 (3.13)
ω = 6,28*3000/60 = 314рад/с

E = 1000*0,9²*314²/4 = 20МДж,

Среднее значение временного интервала включения на зарядку электродвигателя:
t = E/P (3.14)
t = 20000000Дж/20000Дж/с = 1000сек. = 16,7мин.
Таблица 6

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
M,кг	5500	3200	8330	5500	6400	5500	1100	900	800	1000	1100
D,см	580	200	220	200	280	350	260	370	590	310	400
n,1/мин	3000	4500	2900	2200	3600	4500	3500	3000	3000	2500	2600
P,кВт	39	25	36	35	28	25	20	55	45	30	25

Вариант	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
M,кг	1200	1300	1500	1400	1100	900	800	3400	2500	4500	5200
D,см	580	270	480	380	500	400	220	350	460	370	210
n,1/мин	2700	3000	3000	3000	2500	2600	2200	2700	5500	2600	2200
P,кВт	52	50	26	52	45	30	35	30	45	20	15
Вариант	23	24	25	26	27	28
M,кг	3200	2300	3500	4400	5100	5800
D,см	280	370	580	280	390	290
n,1/мин	4700	5500	3300	3900	4500	3600
P,кВт	32	40	50	35	55	50

Контрольные расчеты: интенсивность солнечного света на горизонтальной поверхности при угле солнцестояния 1,55 градуса составляет 500 Вт/м2. Определить плотность солнечного излучения на Землю перпендикулярно ей.

Для определения интенсивности солнечного света перпендикулярно полю:N_r / Nп = АС/АВ

Из этого:Nп =N_r/ sinα

Домашнее задание: Площадь солнечной камеры B*L, м2. Поток излучения G, МДж/м2 в сутки (табл. 3). Теплота парообразования воды r = 2,4 МДж/кг. Вам нужно найти производительность дистиллятора.

Пример: B = 30м², L = 30м². Производительность дистиллятора
П = G_*B_*L/r (3.15)
П = 20_*30_*30/2,4 = 7500 кг/день.
Таблица 7

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
B,м	5	15	10	15	10	15	20	15	10	10	25
L,м	5	10	15	5	20	20	20	10	10	5	5
G, МДж/м2 день	20	15	10	10	15	20	20	15	15	10	15
Вариант	12	13	14	15	16	17	18	18	19	20	21
B,м	5	5	10	15	10	15	20	15	10	10	25
L,м	5	10	15	5	20	20	20	10	10	5	5
G, МДж/м2 день	20	15	10	10	15	20	20	15	15	10	15
Вариант	23	24	25	26	27	28
B,м	20	15	10	10	25	15
L,м	20	10	10	5	5	20
G, МДж/м2 день	20	15	15	10	15	20

Контрольные вопросы: 1. Что такое электричество?

2. Какова динамика развития электроэнергетики?

3. Как вы понимаете альтернативную энергетику?

4. Сервис солнечных батарей

5. Что такое солнечный дистиллятор?

6. Активность солнечного дистиллятора
Используемая литература:
1.Қойшиев Т.Қ. Жаңғыртылатын энергия көздері : ЖОО Энергетика маманд. арналған оқулық / Т. Қ. Қойшиев. - Алматы : ҚРЖООҚ, 2013. - 256 с. - (ҚР бiлiм және ғылым министр.). (Шифр 6П2/Қ 60-118172) http://www.lib.ukgu.kz/cgi-bin/irbis64r_01/cgiirbis_64.exe

2.Қойшиева Т.Қ. Қайта жаңғыртылатын энергия көздеріне негізделген қондырғылардың энергетикалық көрсеткіштерін есептеу әдістемесі : оқулық / Т. Қ. Қойшиева. - Шымкент : ТОО "Эврика-media", 2014. - 200 с. (Шифр 6П2/Қ 60-979919) http://www.lib.ukgu.kz/cgi-bin/irbis64r_01/cgiirbis_64.exe

3.Шапкенов Б. К. Электроснабжение на основе возобновляемых источников энергии / Шапкенов Б. К., Кайдар М. Б., Кайдар А. Б., 2020. - 193 c. https://elib.kz/ru/search/read_book/2080/

4.Жаңғыртылатын энергия көздерінің қондырғыларын жобалау және қолдану: Электрондық оқулық. / А.Д. Мехтиев, Т.И. Чернышова, А.Д. Алькина, А.Ж. Амиров. - Қарағанды: ҚарМТУ, 2019. http://rmebrk.kz/book/1171180

5.Мехтиев, А.Д., Чернышова, Т.И.Проектирование и эксплуатация установок возобновляемой энергетики : Электронный учебник . . - Караганда: КарГТУ, 2017. http://rmebrk.kz/book/1159658
Практическое занятие №4. Расчет и выбор солнечной фотоэлектрической установки