Жылу энергиясын алу үшін күн энергиясын пайдалану

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 19 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті Механика-математика факультеті
Механика кафедрасы
5В060300 - МЕХАНИКА
7 семестр

Пән Тәжірибелік гидромеханика әдістері

Баламалы энергия көздері және Ақтөбе қаласы үшін жел энергиясын қарастыру

тақырыбы бойынша

жоба есебі

Орындаған: Шамұратов Ә.
4 курс студенті
Қабылдаған: Тулепбергенов А.
Ф.-м.ғ.қ. доцент м.а

Алматы 2020 ж

Мазмұны

I БӨЛІМ. Энергия үнемдеу
II БӨЛІМ. КҮН ЭНЕРГИЯСЫ
2.1 Жылу энергиясын алу үшін күн энергиясын пайдалану
2.2 Электр энергиясын алу үшін күн энергиясын пайдалану
III БӨЛІМ. ЖЕЛ ЭНЕРГИЯСЫ
3.1 Берілген аймақ үшін желдің сипаттамасы және желдің екінші жылдамдығы
3.2 Жел қондырғысымен көрсетілген қуатты есептеу
IV БӨЛІМ. ЭНЕРГИЯ БИОМАССАСЫ
V БӨЛІМ. КІШІ ӨЗЕНДЕРДІҢ ЭНЕРГИЯСЫ
5.1. гидроэлектр станциясының бөгеті мен гидротурбинаның параметрлерін есептеу
5.2. ГЭС гирляндаларын есептеу
VI БӨЛІМ. ГЕОТЕРМАЛДЫҚ ЭНЕРГИЯ

I БӨЛІМ. Энергия үнемдеу
Энергияны үнемдеу - - энергетикалық ресурстарды тиімді пайдалануға арналған кешен және іс-әрекет. Мыалы отын және энергияларды үнемдеуде табысқа жету оларды рационалды түрде қолдану қымбат энергорессурсстар мен тапшы энергия тасушыларды - басқа тиімді және арзан энергия көзімен алмастыру (мұнайды көмірмен, дәстүрлі емес жаңартылатын энергия көзімен және т.б. алмастыру жасау). Энергияны рационалды қолдану үшін, әлеуметтік, саяси, қаражат аз жағдайда, қоршаған ортаны қорғау есебінде энергияны тұтынушыларға ең тиімді жолмен тарату. Бұл өлшемдер құқықты, ұйымдасқан, ғылыми өндірісті, техникалық, эеономикалық болуы мүмкін.
Өңделмейтін отын, электр энергиясы, жылу, механикалық энергия шығындарын төмендету мақсатында қолданылатын өлшемдерін жүзеге асуын қорытындылау.
Энергия үнемдеу - ХХІ ғасырдың ең күрделі мәселелерінің бірі. Біздің қоғамның бірқатар экономикалық дамыған елдердегі орны мен азаматтардың өмір деңгейі осы мәселені шешудің нәтижелеріне байланысты. Қазақстан өзінің энергетикалық мәселелерін табысты шешу үшін барлық қажетті табиғи ресурстарға және зияткерлік әлеуетке ие болып қана қоймай, сонымен бірге импорттаушы елдер үшін стратегиялық маңызды болып табылатын көлемде мұнай, мұнай өнімдері мен табиғи газды қолдана отырып, Еуропа мен Азия мемлекеттері үшін ресурстық база болып табылады. Алайда, біздің елде отын-энергетикалық ресурстардың артықтығы энергия қалдықтарын мүлдем қарастырмауы керек, өйткені тек ашық экономикадағы энергия тиімді басқару тауарлар мен қызметтердің бәсекеге қабілеттілігінің маңызды факторы болып табылады. Қоғамға өте өршіл міндет қойылды - 10 жыл ішінде жалпы ішкі өнімнің (ЖІӨ) екі еселенуіне қол жеткізу, бірақ бұл міндетті энергияны үнемдеуге деген көзқарасты түбегейлі өзгертпей, өндірістің энергия сыйымдылығын төмендетпей шешу мүмкін емес.
Энергия үнемдеуді мемлекеттің стратегиялық міндеттеріне жатқызу керек, бұл әрі энергетикалық қауіпсіздікті сақтаудың негізгі жолы, әрі көмірсутектер экспортынан жоғары кірісті сақтаудың жалғыз әдісі.
Ішкі дамуға қажет энергетикалық ресурстарды жету қиын аудандарда шикізат өндіруді ұлғайту және жаңа энергетикалық қондырғылар салу арқылы ғана емес, сонымен бірге энергияны аз тұтынатын үлкенді-кішілі елді мекендерден алуға болады.
Энергия үнемдеудің стратегиялық мақсаты бір және оның анықтамасынан туындайды - бұл барлық секторларда, барлық елді мекендерде және жалпы елде энергия тиімділігін арттыру. Бұл өсімді қандай шаралармен және қаншалықты жүзеге асыруға болатындығын анықтау міндеті тұр.
Энергия үнемдеу мақсаттары муниципалитеттердің басқа мақсаттарымен сәйкес келеді, мысалы экологиялық жағдайды жақсарту, энергиямен жабдықтау жүйелерінің тиімділігін арттыру және т.б.
Тұтынуды азайту жаңа тұтынушыларды инфрақұрылымды дамытуға арналған минималды күрделі шығындармен байланыстыруға мүмкіндік береді және генерациялау объектілерін жаңадан салуға, жер учаскелерін бөлу, санитарлық-қорғау аймақтарын иеліктен шығару және т.б. проблемаларды болдырмайды, бұл жалпы қала құрылысына оң әсер етеді.
Қазақстанда қазір энергетика өнімінің 23-сіне жуығы ЖЭС-терде, қалған бөлігі энергиясын СЭС-терде өндіріледі. Қазақстанның батыс аймағында энергетикалық шикізат көзі мұнай мен табиғи газ болғандықтан сұйық, газ тәрізді және аралас типті отынмен жұмыс істейтін станциялар дамытылған. Шығыс және Оңтүстік аймақтарда әзірге су қуатынан басқа меншікті энергия көздері жоқ. Осыған байланысты оларда ядролық отын, тасымал мұнай, газ, көмір пайдаланылады. Электр қуатын тұтынудың есептік деңгейлеріне жасалған талдау 1990 жылдан бастап он жылдық кезеңде электр тұтыну көлемі жалпы Республикалық және Солтүстік, Батыс аймақтар бойынша 2 есе дерлік, ал Оңтүстік аймақ бойынша 3 есе дерлік кемігенін көрсетеді.
Соңғы 2 - 3 жылда электр энергиясын тұтынудың азаю қарқынының баяулағаны байқалды, ал Батыс аймақта ол өсе бастады. 2000 жылдың алғашқы жартысында республикада 27,4 млрд. кВтсат электр қуаты тұтынылған, мұның өзі 1999 жылдың осы кезеңімен салыстырғанда 7,2%-ға көп. Электр қуатын өндіру мен тұтыну көлемінің өсуі негізінен Батыс және Солтүстік аймақтарда (Павлодар-Екібастұз өңірінде) байқалды. Қазақстанның Оңтүстік аймағында (Алматы, Оңүстік Қазақстан, Жамбыл, Қызылорда облыстары) жеткілікті бастапқы энергетикалық қор жоқ болғандықтан оның электр энергетикасы тасып әкелінетін көмірге, сырттан әкелінетін газ бен мазутке негізделген. Бұл аймақтағы электр қуатының негізгі көздері - Жамбыл МАЭС-і, Шымкент ЖЭО-1, Алматы ЖЭО, Қапшағай СЭС-і. Мұндағы тапшылық Солтүстік Қазақстанның ОЭС-ы, 220 - 500 кВ электр тораптары бойынша Орта Азия Республикаларынан әкелінетін электр қуаты есебінен өтеледі.
Энергияны үнемдеу үшін негізгі бағыттары:
1. Энергия үнемдеуші технологияарды енгізу.
2. Тасымалдау кезінде энергия таратушылардың техникалық ысыраптарды төмендету.
3. Электр энергиясының сараланған тарифтерін енгізу.
4. Энергия таратушылардың тұтыну жцне есепке алу жүйесін дамыту.
Үйде энергияны үнемдеудің 10 қарапайым тәсілі:
1. Кәдімгі шамдарды энергияны үнемдейтін шамдармен ауыстырыңыз.
2. Бөлмеден шыққан кезде жарықты өшіріңіз.
3. Шайнекті қақтан тазалаңыз.
4. Тоңазытқыштарды жылу көздерінің жанына қоймаңыз.
5. Жеңіл тұсқағазды қолданыңыз немесе қабырғалар мен төбені жеңіл бояумен бояңыз.
6. Шамдар мен люстралардан шаңды сүртіңіз.
7. Екі тарифтік электр есептегіштерін қолданыңыз.
8. А және одан көп энергия шығыны бар тұрмыстық техниканы сатып алыңыз.
9. Ескі терезелерді ауыстырыңыз және барлық жарықшақтарды жөндеңіз.
10. Ақылды технологиялар мен жаңартылатын энергия көздерін қолданыңыз.
II БӨЛІМ. КҮН ЭНЕРГИЯСЫ
Күн энергиясы - шешуші экологиялық факторлардың бірі. Атап айтқатндай жарық жерде өмір сүретіндердің барлығына дерлігін фотосинтез арқылы энергиямен және құнарлы заттармен қамтамасыз етеді. Тірі ағзалар үшін сәуле толқынының ұзындығы, оның қарқындылығы және сәулелендірудің ұзақтығы қажет. Күн сәулесінің спектрі үш аймаққа бөлінеді, олар: ультракүлгін, көрінетін және инфрақызыл сәуле шығару аймағы. Қазақстан республикасы үшін алып айтқанда бізге қуат боларлық энерг көздері көп.
2.1 Жылу энергиясын алу үшін күн энергиясын пайдалану.
Табиғи энергрия көздерін қолдану Ақтөбе қаласында тиімді орын алады, себебі экологиялық көзқарастан қоршаған ортаны ластамайды, өйткені Ақтебе қаласының экологиялық жағдайы нашар.
Қазгидрометтің 2013 жылғы деректері бойынша Ақтөбеде атмосфералық ауаның ластану индексі 4,2 бірлікті құрады, бұл ең лас ауасы бар қала деп танылған Алматыдан (11,5 бірлік) бірнеше есе аз. Қаланың барлық аумағында ауада азот диоксиді мен формальдегидтің жоғары құрамы байқалады, ал АЗХС, АЗФ, Ақтөбе ЖЭС сияқты өнеркәсіптік кәсіпорындар ауданында және Кирпичный кентінің жанында көрсеткіштер нормадан үш есе асып түсті. Экологиялық жағдайды объективті бағалауға метеостанциялардың аз саны кедергі жасайды-қалада барлығы 23 станцияның орнына 3 станция бар. Қалада қолданылатын ЖЭС сияқты жылу энергиясын алатын станцияларды біртіндеп күн энергиясын алмастыру жағымды эффект береді және шығынды азайтады. [1]
Күн энергиясын түрлендірудің екі негізгі әдісі бар: фототермиялық және фотоэлектрлік. Бірінші әдіс кеңінен қолданылады, ал екіншісі жоғары технологиялық, бірақ қымбатырақ.
Күн энергиясын түрлендірудің фототермиялық әдісі бүгінде кеңінен қолданылады. Бұл жағдайда жылутасымалдатқыш (әдетте су) жоғары температураға дейін қызады және бөлмені жылыту үшін қолданылады. Күн батареясы үйдің төбесіне орнатылады, сондықтан күн сәулесі оның аймағына тиімді бағытталған. Күн сәулесінің энергиясы үлкен аймаққа бөлінетіндіктен (яғни тығыздығы төмен), күн энергиясын тікелей пайдалануға арналған кез келген қондырғыда оны жинауға арналған құрылғы болуы керек, ол - беті жеткілікті коллектор. Мұндай қарапайым құрылғы - төменнен жақсы оқшауланған қара плита. Ол әйнекпен немесе пластикпен жабылған, ол жарық береді, бірақ инфрақызыл жылу сәулесін өткізбейді. Плита мен әйнектің арасында көбінесе су, май, сынап, ауа, күкірт ангидриді және т.б. ағатын қара түтіктер орналастырылады. Күн сәулесі әйнек немесе пластмасса арқылы коллекторға еніп қара түтіктер мен плиталармен сіңіп, түтіктердегі жұмыс затын қыздырады. Жылу сәулесі коллектордан шыға алмайды, сондықтан ондағы температура қоршаған орта температурасынан едәуір жоғары. Бұл парниктік эффект деп аталады. Қарапайым бақша жылыжайлары, шын мәнінде, күн сәулесінің қарапайым коллекторлары болып табылады. Бірақ тропиктен неғұрлым алыс болса, көлденең коллектор соғұрлым тиімді болады және оны күн сәулесінен кейін бұру өте қиын және қымбат. Сондықтан коллекторлар, әдетте, оңтүстікке қарай белгілі бір оңтайлы бұрышта орнатылады.
Күн энергиясын Ақтөбе қаласында пайдалану өте тиімді болып табылады, себебі Ақтөбе қаласының климаты шұғыл континентті. Бұл қаланың Еуразия құрлығының ішкі бөлігінде орналасуына және мұхиттардан едәуір қашықтыққа байланысты. Климаттың күрт континенталдылығы күннің күндізгі және түнгі уақыттары арасындағы, қыс пен жаз арасындағы температуралық қарама-қайшылықтарда, сондай-ақ күн радиациясы мен қуаңшылықта көрініс табады.
Күн радиациясын төмен температуралы күн жылыту жүйелерін қолдану әдісіне сәйкес екіге бөлінеді, пассивті және белсенді болып бөлінеді.
Күн радиациясын қабылдайтын және оны жылуға айналдыратын элемент ретінде ғимараттың өзі немесе оның жеке қоршаулары (коллектор ғимараты, қабырға коллекторы, шатыр коллекторы және т.б.) қызмет ететін күн жылыту жүйелері пассивті түрде басқарылады (1-суретте көрсетілген).

Сурет 1
1 - күн сәулелері; 2-мөлдір экран; 3-ауа жапқышы; 4 - қыздырылған ауа; 5-бөлмеден салқындатылған ауа; 6-қабырға массивінің өзіндік ұзын толқындық жылу сәулеленуі; 7-қабырғаның қара радиациялық беті, 8-жалюзи.
1-сурет "қабырға-коллектор" пассивті төмен температуралы күн жылыту жүйесі.
Белсенді деп - күн батареясы төмен температуралы жылу жүйелері деп аталады, онда күн қабылдағыш ғимаратқа жатпайтын тәуелсіз жеке құрылғы болып табылады.

Белсенді күн жүйелерін бөлуге болады:
* мақсаты бойынша (ыстық сумен жабдықтау, жылыту жүйелері, жылу салқындату мақсаттары үшін аралас жүйелер);
* қолданылатын жылу тасығыштың түрі бойынша (сұйықтық-су, антифриз және ауа);
* жұмыс ұзақтығы бойынша (жыл бойы, маусымдық);
* схемалардың техникалық шешімі бойынша (бір, екі, көп тізбекті).
Ауа жылу тасымалдақыш жұмыс параметрлерінің барлық диапазонында кең таралған. Оны жылу тасымалдағыш ретінде қолданған кезде, жылу жүйелерін желдету жүйесімен біріктіруге болады. Алайда, ауа аз жылуды қажет ететін жылу тасымалдағыш болып табылады, бұл су жүйелерімен салыстырғанда ауаны жылыту жүйелерінің құрылғысына металл шығынын арттырады.
Су - бұл жылу сыйымдылығы және кең, қол жетімді жылу тасымалдақыш. Алайда, 0°C-тан төмен температурада оған қатпайтын сұйықтықтарды қосу керек. Сонымен қатар, оттегімен қаныққан су құбырлар мен құрылғылардың коррозиясын тудыратынын ескеру қажет. Бірақ су күн жүйесіндегі металл шығыны әлдеқайда төмен, бұл оларды кеңінен қолдануға ықпал етеді.
Ыстық сумен жабдықтаудың маусымдық күн жүйелері әдетте бір тізбекті және жазғы өтпелі айларда, сыртқы температурасы оң кезеңдерде жұмыс істейді. Олар қосымша жылу көзіне ие болуы мүмкін немесе қызмет көрсетілетін объектінің мақсатына және пайдалану шарттарына байланысты онсыз жасай алады.
Бір тізбекті қондырғылар - күн қондырғыларының ең көп таралған түрі. Бір тізбекті қондырғылар ыстық климаты бар елдерде кеңінен қолданылады: Израиль, Түркия, Кипр, Греция, Франция және т.б.
Табиғи айналымы бар бір тізбекті күн қондырғысының дизайны 2-суретте көрсетілген. Қондырғы күн коллекторларымен және Бак-аккумулятормен жабдықталған.

Сурет 2
Артықшылықтары: қарапайымдылық, жоғары тиімділік (ПӘК).
Кемшіліктері: теріс температурада жұмыс істей алмау (маусымдық), суда ерітілген оттегінің болуына байланысты коррозия, судың сапасына (тұз құрамына) жоғары талаптар.
Енді күн радиациясының тұрмыстық жылу энергиясын алуға жарамдылығы туралы айтатын болсақ.
Күн - бұл үлкен ядролық синтез реакторы, ол сутекті секундына 4 миллион тонна гелийге айналдырады. Ол жоғары сыртқы температурасы арқасында жылу энергиясын шығарады - шамамен 6000°C. кіретін күн сәулесінің бір бөлігі (шамамен 13) жер бетінен шағылысады. Қалған жарық сіңеді және сайып келгенде спектрдің инфрақызыл ұзын толқын бөлігінің арқасында жерді қыздырады. Жер адам өмірін сақтау үшін тұрақты энергиямен қамтамасыз ету және жылыту үшін қажет энергияны алады.
Күн радиациясының қолданылуы
Күн энергиясына деген қызығушылық күн ресурстарын дәл өлшеуге және күн карталарын жасауға итермеледі. Ол үшін солариметрлер жиі қолданылады (бұл құрылғыны кейде пирариометр, пирариометр деп те атайды 3 - сурет):

Сурет 3
Бұл құрылғыларда аспанға бағытталған шыны қақпақпен жабылған Мұқият калибрленген термоэлектрлік элементтер бар. Олардағы кернеу Жарық энергиясының ағымына пропорционалды түрде өзгереді. Тербелістер электронды түрде жазылады.
Солариметрлерді өлшеудің ең көп саны олардың көлденең беттеріне түсетін күн энергиясының жалпы мөлшерін көрсетеді. Неғұрлым егжей-тегжейлі өлшеулер тікелей және шашыраңқы сәулеленуді бөледі. Бұл деректерді радиацияның тығыздығын көлбеу және тік беттерге есептеу үшін математикалық түрде түрлендіруге болады.
Сонымен, өлшеулер көлденең беттердің орташа жылдық күн сәулесі экваторға жақын жерде, жылына бір шаршы метрге 2000 киловатт-сағаттан (жылына кВт*сағ*м-2), әсіресе шөлдерде жоғары болатындығын көрсетті. Бұл аудандар Солтүстік Еуропаға қарағанда жақсы жарықтандырылған, ол әдетте жылына шамамен 1000 кВт*сағ*м-2 алады. Күн жылу электр станциялары сияқты көптеген тәжірибелік жобалар Францияның немесе Испанияның оңтүстігінде, радиациялық деңгейі жылына шамамен 1500 кВт*сағ*м-2 немесе АҚШ-тың оңтүстігінде жылына 2500 кВт*сағ*м-2 болатын жерлерде салынды.
Еуропада жаз қыс мезгілінен гөрі күн ашық екені анық, бірақ күн энергиясының орташа мәні қандай?
Шілде айының ортасында Солтүстік Еуропада (мысалы, Ирландия, Ұлыбритания, Дания және Солтүстік Германия) күн сәулесі күн сайын 4,5 және 5 кВт*сағ*м-2 аралығында болады. [2]
Бес киловатт-сағататына - ыстық ваннаға суды жылыту үшін жеткілікті қуат. 2003 жылғы Британдық жергілікті бағамен, егер біз қалыпты газ бу қазандығын немесе электр қуатын пайдалансақ, жанармайға шамамен 15 пенс төлеуге тура келеді. Оңтүстік Еуропада (Испания, Италия және Греция) Шілдеде күн радиациясының деңгейі жоғары - күніне 6 және 7,5 кВт*сағ*м-2 аралығында. Қыста күн сәулесінің мөлшері әлдеқайда көп. Қаңтарда Солтүстік Еуропадағы орташа мән шілде айымен салыстырғанда 10 есе аз болуы мүмкін-күніне шамамен 0,5 кВт * сағ * м-2, бірақ оңтүстік Еуропада едәуір үлкен жарықтандыру мүмкін (күніне 1,5-2 кВт*сағ*м-2).
Күн энергиясын пайдалана отырып, жыл сайын дәстүрлі жылыту көздерін үнемдеуге болады:
* 75% дейін -- жыл бойы ыстық сумен жабдықтау үшін;
* 95% дейін -- маусымдық пайдалану кезінде ыстық сумен жабдықтау үшін;
* 50% дейін -- тек жылыту мақсатында;
* 80% дейін -- кезекпен жылыту мақсатында.
2.2 Электр энергиясыг алу үшін күн энергиясын пайдалану
Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғылардың бірі -
Күн батареялары. Күн батареясы немесе фотоэлектрлік генератор - Күн
сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен тұратын ток көзі.
Күн энергиясын қолданысқа енгізу оңай емес. Ол ғылыми-зерттеу мен
осы бағытта ерен физикалық еңбекті талап етеді. Сондай-ақ ауқымды
инвестиция да қажет. Өйткені күн энергиясын алатын тиімді қондырғылардың құны да қымбат. Күн электр станциясы - экологиялық тұрғыда таза, дыбыссыз, қауіпсіз әрі пайдалануға ыңғайлы, оның үстіне өз құнын 100 % ақтайтын тиімді қондырғы. Жұмыс істеу мерзімі шамамен 30 жыл.
Күн саулеленуінсн электр энергиясы мен жылу алудың бірнеше әдістері
бар:
* Электр энергиясын фотоэлементтер көмегімен алу;
* Күн энергиясын жылу машиналардың көмегі арқылы электр энергиясына айналдыру;
* Гелиотермальдық энергетика - Күн сәулелерін жұтатын беттің қызуы мен жылудың таралуы және қолданылуы;
* Термоәуелік электр станциялары;
* Күн аэростаттық электр станциялары;
Күн сәулесі энергиясының 30 % -ы Жердің жоғарғы атмосфералық
қабатынан шағылысып, ғарыш кеңістігіне тарайды. Ал оның 70 % -ы жер
асты жылуы мен теңіз тасқыны энергияларының қуатынан шамамен 3500 есе
артық. Бұл өте көп энергия. Күннің жерге түсетін мол энергиясының бір
бөлігі атмосфераға, мұхит пен құрлықтарға сіңеді. Температура төмендеген
уақытта осы бөлігі жылу энергиясына айналады. Екінші бөлігі сулардың
булануына және олардың айналып, қайта түсуіне шығындалады. Үшінші
бөлігі теңіз және атмосфералық ағындарды туғызады. Ал төртінші - бір
кішкене ғана бөлігін өсімдіктер бойына сіңіреді. Солай, жер бетінде ғажайып
фотосинтез реакциясы жүреді.

Сурет ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.