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: 8 из 13

Контрольные вопросы : Определить эффективную суточную постоянную в день весеннего равноденствия (23 марта): Строго говоря, суточная постоянная непостоянна и изменяется на ±3,3% (±4%) из-за малой эллиптичности орбиты Земли вокруг Солнца. Расчетное или среднее значение солнечной постоянной I0 = 1353 Вт/м2 Эффективная солнечная постоянная зависит от времени года и определяется по формуле

1. Определяем порядковый номер дня: k=31+28+23

2. Определить эффективную солнечную постоянную I_эф

Домашнее задание :1.. Если напряжение затвора равно 1,5 В, то найти максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вылетевших из катода К: Е = eU; U = 1,5 В; Ответ: Е = 1,5 эВ.

2. Длинноволновая (красная) граница фотоэффекта для меди равна 282 нм. Найти работу электронов, покидающих медь (в эВ).

λ0 = 282 нм = 2,82 * 10 -7м, Аш = һν0; ν0 = с / λ0;

Аш = һ с /λ0 =һ – 4,136 * 10-15 эВ *с = 4,136*10-15 эВ*с* 3* 108м/с /282*10-7м=4,4 эВ


Последующие вопросы: 1. Что такое фотоэлементы?

2. Эффективность фотоэлементов

3. Что такое фотонная энергия?

Используемая литература :
1.Глущенко Т. И. Лабораторный практикум по возобновляемым источникам энергии / Глущенко Т. И., 2019. - 128 c. https://elib.kz/ru/search/read_book/4507/

17.Бишимбаев В. К. Технология получения экологически чистых биодизельных топлив на основе растительного сырья / Бишимбаев В. К., Исаева А. У., 2019. - 129 c. https://elib.kz/ru/search/read_book/5309/

2.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/

3.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

4.Сапа, В.Ю.Проектирование установок нетрадиционной и возобновляемой энергетики: Учебное пособие. / Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова. - Костанай: КГУ им. А. Байтурсынова, 2020. - 72c. -ISBN 978-601-7640-03-3. http://rmebrk.kz/book/1175545

5.Ершина А.К. Теория и практика использования возобновляемых источников энергии : учебное пособие / А. К. Ершина. - Алматы : Эверо, 2016. - 220 с. (Шифр 6П2/Е 80-462854) http://www.lib.ukgu.kz/cgi-bin/irbis64r_01/cgiirbis_64.exe

Практический урок №9. Расчет ветроэнергетических установок
План занятия: Краткая теоретическая информация по ознакомлению с ветровой энергетикой.

Назначение: преобразование энергии ветра в электрическую; формирование базовых представлений и знаний для получения электроэнергии.

Задачи: технологические процессы, экономящие ветровые ресурсы, демонстрация возможностей.

Квалификация: умение регулировать эффективность использования электроэнергии и использования возобновляемых источников энергии.

Умения: проработка информации, представленной на лекции, с целью раскрытия основных методов познания ветроэнергетических ресурсов, их тематики.

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

Форма проведения урока: письменная (понимание примеров
Краткая теоретическая информация
Массовый объем воздуха, проходящий через зону столкновения ветров в единицу времени при оценке эффективности использования ТЭЦ на территории Республики Казахстан и определении ветроэнергетических ресурсов:
m₁ = ρ_* S _* V₀, кг/с (9.1)
здесь ρ – плотность воздуха, 1,2кг/м³;

S – площадь столкновения, πR², м²;

V₀– развитие ветропарка до ветрового цикла (ветроколеса)., м/с.

Сила, влияющая на циркуляцию ветра:
F = m_1* (V₀ – V₂), (кгм/с²), (9.2)
Здесь V₂– развитие ветра после ветрового цикла, м/с.

Скорость ветра в плоскости циркуляции ветра V₁;
V₁ = ½ _* (V₀ + V₂), м/с (9.3)
Ветровая энергия:
P₀ = ρ_* S _* V₀³/2, Вт, (9.4)
Мощность ветряка равна мощности, теряемой ветром при прохождении через ветряк.:
P = m(V₀² – V₂²)/2, Вт (9.5)
Скорость циркуляции ветра:
Z = V_r/V₀ = R _* ω/V₀, (9.6)
Здесь V_r– радиальная скорость кончиков лопастей,м/с;

ω – угловая скорость циркуляции ветра


Расчет ветроэнергетического кадастра.
Для того, чтобы рассчитать потребность в ветроустановке, должно быть много информации о природных процессах в регионе и о ветре, а также о преобразовании энергии ветра в электрическую. Общей метеорологической характеристики для этого недостаточно. Сбор такой информации и характеристик является основной целью кадастра энергии ветра.

Кадастр энергии ветра представляет собой совокупность аэрологических и энергетических характеристик ветра, необходимых для определения энергетической ценности ветра и возможных режимов работы.

1. 
   Основные характеристики ветроэнергетического кадастра:
   
2. 
   - среднегодовая скорость ветра;
   
3. 
   - годовой и суточный ход ветра;
   
4. 
   - повторение скоростей, видов и характеристик распределения скоростей;
   
5. 
   - максимальная скорость ветра;
   
6. 
   - разделение ветреных периодов и периодов энергетического отдыха;
   
7. 
   - реальная мощность и реальная энергия ветра;
   
8. 
   - ветроэнергетические ресурсы региона.
   

Для анализа ветроэнергетического потенциала заблаговременно, через равные промежутки времени в течение года: 9 часов; 12 часов; 15:00: 18:00; и 21 час. Необходимо измерять скорость ветра 5 раз в сутки.

Вы можете использовать кадастры энергии ветра или базу метеорологических данных.

Порядок обработки результатов измерений следующий [6].

Результаты измерений скорости ветра объединяются в группу ∆u с интервалом u_1, м/с. Определяется общее количество размерностей N.

Так как измерение скорости можно проводить на высоте h₁, то если для оценки энергетического потенциала требуется скорость ветра u₁.м/с, расчетная установка ветровых труб находится на высоте h, то определение скорости ветра скорость на высоте h выполняется по известной приближенной зависимости:
(9.7)
где h определяется из предварительных расчетов (например, если известен диаметр колеса ветродвигателя).

Определяется возможное распределение скорости ветра:
(9.8)
Здесь – і-количество измерений в скоростном интервале.

Зависимость создана . Производную можно интерпретировать как часть ветрового сезона, в которой скорость ветра имеет значение, заключенное в диапазоне от u до u+∆u.

Средняя скорость ветра , м/с определяющие отношения:
(9.9)
здесь - сумма всех измеренных значений арендной платы.

Вероятность появления ветра со скоростью и большей заданной скорости и^' определяется Ф _u>u^', для которого получаются возможности всех скоростных интервалов с u>u^'.

Возможность можно интерпретировать как часть года, в течение которой ветер дует со скоростью большей, чем и^'.
(9.10)
создается зависимо.

Средняя скорость ветра.

Основной характеристикой, определяющей интенсивность ветра и эффективность использования энергии ветра, является его средняя скорость в определенный период времени (сутки, месяц, год).По данным 10-летнего обследования 168 метеостанций Северной Европы части России стандартное отклонение среднегодовой скорости почти везде одинаково, около 0,2 - 0,5 м/с.

В приложении № 1 приведена средняя скорость ветра при высоте флюгера 10 м.

Средняя скорость ветра рассчитывается следующим образом:
V_{г m}, (9.11)
Здесь V_m - среднемесячная скорость ветра, м/с.

Повторяемость скорости ветра, ее среднемесячная вероятность с градациями приведены в приложении. Однако для расчета периода покоя и работы ВЭУ на высоте 20-100 м необходимо свести в таблицу среднегодовую скорость ветра в % и днях в зависимости от текущей скорости ветра.

Максимальная скорость ветра ограничена 25 м/с в случае горизонтального расположения оси ветродвигателя. Он отключает ветряную турбину в случае превышения скорости, чтобы предотвратить поломку. А если ось ветряка расположена вертикально, то он может работать при скорости ветра до 60 м/с.

Пример: Активная гидротурбина (n=1) мощностью P и напором воды H с 1 соплом (таблица 14). Угловая скорость ω, достигающая максимальной кПа η=0,9. Необходимо найти: диаметр колеса турбины D и угловую скорость ω. В качестве рабочей жидкости используется вода.

Пример: Размер круглого лезвия r < R/(10-12). r = R/12 .

Коэффициент скорости:
£ = r/[R_*0,68(n_*η)^-1/2] (9.12)
£ = R/[R_*12_*0,68_*(1_*0,9)^-1/2] = 0,11

Определим оптимальную угловую скорость:
ω = £_*ρ^1/2_*(g_*H)^5/4_*P^-1/2 (9.13)
ω = (0,11_* 31,6 _* 3860)/400=34рад./с

Там диаметр турбинного колеса D:
D = V/ω (9.14)
V = (2g_*H)^1/2

V = (19,6_*81) = 40м/с

D = 40/34 = 1,18м


18-Таблица

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Р,кВт	10	15	20	30	35	40	50	60	70	80	90	100	110	115
Н,м	10	12	15	20	22	25	30	26	40	45	50	55	60	62

Вариант	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27
Р,кВт	120	130	140	150	160	170	180	190	200	210	220	230	240
Н,м	65	68	70	75	78	80	40	35	30	25	20	15	10

Контрольные вопросы : Если скорость ветра перед ветроколесом 8 м/с, а за ветроколесом 6,4 м/с, определить силу ветра, действующую на ветроколесо.Средняя скорость воздушного потока, проходящего через ветроколесо, равна

(9.15)

Вторая масса воздуха, проходящая через ветряк
m=ρS_Bv₁ (9.16)
Сила ветра, действующая на колесо, равна изменению количества движения проходящей через него второй массы воздуха:
F_В=m (v₀–v₂) (9.17)
Домашнее задание :1. Скорость в поперечном сечении ветряка равна 6 м/с, если коэффициент сопротивления ветряка равен 0,33, определить скорость ветра
(9.18)
_О=₁/ 1-α (9.19)
2. При скорости ветра 4,5 и диаметре d = 4 м определить угловую частоту вращения ветряка 10 м/с.

Скорость ветряка определяется следующим соотношением:
(9.20)

Здесь V_R- линейная скорость перемещения острия лопасти, м/с:

ω - угловая частота ветряка,с^-1.
(9.21)
3. Параметры ветроколеса: радиус 2,5 м, номинальная угловая частота 25 с - 1, момент инерции 150 кг. м2, КПД 0,45, рабочая скорость 8м/с.

Определить время разгона ветряка до допустимой угловой частоты при 1,2 оборотах.

Максимально допустимое время разгона при порыве ветра определяется по формуле:

(9.22)
4. Определение мощности модуля системной ветроустановки при среднегодовой скорости ветра в регионе 7 м/с и следующих параметрах: омтачиваемая площадь ветроколеса 30 м2, КПД ветропарка 0,42 , а КПД синхронного генератора 0,87.

1. Определить рабочую скорость ветра
v_P=1,5v_CP (9.23)
Мощность системы ветровой электростанции можно определить по этой формуле
Р_ВЭС=0,65v³Sη_ВКη_СГ (9.24)
η_ВК - КПД ветроколеса KPA;

η_СГ- КПД синхронного генератора
Последующие вопросы: 1. Что такое ветрогенератор?

2. Принцип работы ветрогенератора

3. Что такое ветряная мельница?

4. Основные характеристики ветрогенератора

5. Воздействие энергии ветра на окружающую среду

Используемая литература :
1.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.exe

2.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

3.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

4. Бейсакулов Т.Т. Альтернативные и возобновляемые источники энергии : учебно-методическое пособие для магистрантов спец. 6М071800-Электроэнергетика / Т. Т. Бейсакулов. - Шымкент : ЮКГУ, 2014. - 103 с. http://www.lib.ukgu.kz/cgi-bin/irbis64r_01/cgiirbis_64.exe

5.Кулмаханова И.К. Энергосбережение в электроприводе : конспект лекции для специальности 5В071800 - "Электроэнергетика" / И. К. Кулмаханова. - Шымкент : ЮКГУ, 2017. - 140 с. (Шифр 6П2.1/К 90-964589) http://www.lib.ukgu.kz/cgi-bin/irbis64r_01/cgiirbis_64.exe

6.Шваб К. Төртінші индустриялық революция / К. Шваб ; ред. алқаның төрағасы М.М. Тәжин; ауд. Н.Б. Ақыш, Л.Ә. Бимендиева, К.І. Матыжанов. - Астана : Ұлттық аударма бюросы, 2018. - 200 с. - http://www.lib.ukgu.kz/cgi-bin/irbis64r_01/cgiirbis_64.exe