Жаңартылатын энергия көздері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 33 бет
Таңдаулыға:

Түйіндеме

Дипломдық жұмыс 50 беттен, 10 суреттен, 5 кестеден және 50 қолданылған әдебиеттен тұрады.
Жұмыста жобалау объектісі анықталды, жаңартылатын энергияның неғұрлым перспективалы көздері таңдалды. Нысанның энергетикалық қажеттіліктерін бағалау жүргізілді, қажетті жабдықтар таңдалды. Тұтынушыны жаңартылатын энергия көздеріне қосу әдісі қарастырылады. Экономикалық есептеу жүргізілді және электр қондырғысының өтелуінің болжамды кезеңі есептелді.
Түйін сөздер: жаңартылатын энергия көздері, энергетикалық кешеннің құрамы мен құрылымы, жел энергиясы, күн энергиясы, энергетикалық қондырғылардың қуаты, экономикалық есептеу.

Реферат

Дипломная работа состоит из 50 страниц, 10 рисунков, 5 таблиц, 50 списков использованных литератур.
В работе определен объект проектирования, выбраны наиболее перспективные источники возобновляемой энергии. Произведена оценка энергетических потребностей объекта, произведен выбор необходимого оборудования. Рассмотрен способ подключения потребителя к возобновляемым источникам энергии. Произведен экономический расчет и рассчитан ориентировочный период окупаемости электроустановки.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, состав и структура энергетического комплекса, энергия ветра, энергия солнца, мощность энергетических установок, экономический расчет.

Abstract

The thesis consists of 50 pages, 10 figures, 5 tables, 50 lists of references.
The paper defines the design object and selects the most promising sources of renewable energy. The energy needs of the facility were assessed, and the necessary equipment was selected. The method of connecting the consumer to renewable energy sources is considered. The economic calculation is made and the approximate payback period of the electrical installation is calculated.
Keywords: renewable energy sources, composition and structure of the energy complex, wind energy, solar energy, power of power plants, economic calculation.

Кіріспе

Соңғы 15-20 жылда әртүрлі ауылшаруашылық немесе өнеркәсіптік нысандарды электрмен жабдықтау үшін жаңартылатын энергия көздерін пайдалану тақырыбы өзекті болды. Бұл тақырыптың өзектілігі екі факторға байланысты: экологиялық таза және жаңа энергия көздерін іздеу. Өнеркәсіп пен ғылыми-техникалық прогрестің қазіргі даму қарқыны кезінде ғалымдардың болжамы бойынша қазба ресурстары тағы 150-200 жылға жетеді. Ядролық энергияны пайдалану адамдар арасында көптеген дау тудырады. Қауіп қалдықтарды утилизациялау проблемаларымен, экологиялық және техногендік апаттарға әкеп соқтыратын авариялармен, сондай - ақ осы объектілердің зақымдануын-жаппай қырып-жою қаруы ретінде пайдалану мүмкіндігімен байланысты. Алайда, ядролық энергетиканы ілгерілетуді жақтайтын "Дүниежүзілік ядролық қауымдастық" 2011 жылы көмір электр станцияларында өндірілген электр энергиясының орташа есеппен жылына 1 гиггаватта (бүкіл өндірістік тізбекті ескере отырып) 342 адам, газда - 85, гидростанцияда - 885, ал атомда-8 адам өлімі болады деген деректерді жариялады. Дегенмен, кейбір адамдар болашақ жаңартылатын энергия көздерінде деп санайды.
Жаңартылатын энергия көздерін және жергілікті отын түрлерін пайдаланудың стратегиялық мақсаттары:
- қоршаған ортаға антропогендік жүктеменің өсу қарқынын төмендету және өсіп келе жатқан энергия тұтынуды қанағаттандыру қажет болған кезде климаттық өзгерістерге қарсы тұру;
- қазба отынының қолда бар ресурстарын ұтымды пайдалану және оны тұтынудың өсу қарқынын төмендету;
- қазбалы отынды пайдалану кезінде қоршаған орта ластануының өсу қарқынын бәсеңдету жолымен халықтың денсаулығы мен өмір сүру сапасын сақтау, сондай-ақ денсаулық сақтауға арналған жалпы мемлекеттік шығыстарды төмендету;
- электр энергиясы мен отынды бөлу және тасымалдау шығындарының және осы кезде туындайтын шығындардың өсу қарқынының баяулауы;
- отын-энергетикалық теңгерімге қосымша отын-энергетикалық ресурстарды тарту;
- орталықсыздандыру деңгейін арттыру арқылы энергетикалық қауіпсіздік деңгейін және энергиямен жабдықтау сенімділігін арттыру [1].

Жаңартылатын энергия көздері

Жаңартылатын немесе регенеративті энергия ("жасыл энергия") - адам ауқымы бойынша таусылмайтын көздерден алынатын энергия. Жаңартылатын энергияны пайдаланудың негізгі қағидаты оны қоршаған ортада үнемі болып тұратын процестерден алу және техникалық қолдануға ұсыну болып табылады. Жаңартылатын энергия күн сәулесі, су ағындары, жел, толқындар және геотермалдық жылу сияқты табиғи ресурстардан алынады, олар табиғи жолмен толықтырылады.
Күннің термоядролық синтезі жаңартылатын энергияның көптеген түрлерінің көзі болып табылады, геотермиялық және толқындық энергияны қоспағанда. Астрономдардың есептеулеріне сәйкес, күннің қалған өмір сүру ұзақтығы шамамен бес миллиард жыл, сондықтан күн сәулесінен келетін жаңартылатын энергияның адам мөлшері бойынша таусылуы қауіп төндірмейді.
Қатаң физикалық мағынада энергия қалпына келмейді, бірақ жоғарыда аталған көздерден үнемі алынады. Жерге келетін күн энергиясының аз ғана бөлігі энергияның басқа түрлеріне айналады, ал көп бөлігі ғарышқа кетеді.
Көмір, мұнай, табиғи газ немесе шымтезек сияқты пайдалы қазбаларды тұрақты пайдалануға болмайды. Кең мағынада, олар да жаңартылатын, бірақ адам стандарттары бойынша емес, өйткені олардың пайда болуы жүздеген миллион жылдарға созылады сонымен қатар оларды қолдану әлдеқайда жылдам.

Қайта қалыпқа келетін энергия көздерінің үлестірілуі және энергияның аккумуляциясы

Энергияның аккумуляциясы ұғымына энергияны қандай да бір құрылғы,аспаптың - энергия аккумуляторының ішіне керекті энергияны кез-келген уақытта алуға мүмкіндігі болатындай етіп салынуы жатады. Аккумуляторда энергиямен зарядтау үшін қосымша энергия керек және зарядтау кезінде энергия жоғалтылуының болуы әбден мүмкін.Зарядтаудан кейін акуумулятор зарядталған күйде, жұмысқа дайын болып тұрады, алайда бұл күйдің өзінде де, энергияның кейбір бөліктері аз мөлшерде , шашылуы немесе таралуы,утечка,өзін-өзі зарядтауы және т,б құбылыстар нәтижесінен жойылады. Энергияны аккумулятордан бергенде де оның шығыны болуы мүмкін, одан басқа кейде барлық аккумуляцияланған энергияны қайтарып алу мүмкін емес.Кейде энергия акуумуляциясы адамдардың қалауынсыз -ақ, физикалық құбылыстар нәтижесінде болуы мүмкін.
Олардан бөлек :
oo Жердің ыстық,суық бөлігіндегі өте үлкен жылу көздері
oo Жердің күнді және өз өсінен айналғандағы кинетикалық энергиясы.
oo Жел, су, қозғалатын заттардың кинетикалық энергиясы
oo Тірі ағзаларда жиналған химиялық энергиясы
Аккумулятор сипатталады:
1. Аккумуляцияланғалы тұрған энергия түрімен (электроэнергия, жылу, механикалық, химиялық)
2.Аккумуляцияланған энергия саны
3.Қондырылған және берілетін қуат
Аккумуляцияның көптеген түрлері бар: Механикалық, жылулық, химиялық, биологиялық. Биологиялық аккумуляция фотосинтез процесін өндіреді, шын мәнінде биоотынның энергиясын сақтау өте төмен эффективті. отын процесі жылу энергиясын сақтау болып табылады. Қайта өнделген биоотынның кез- келген түрі бірдей деуге болады.
2. Химиялық аккумуляция - энергия химиялық элементтердің байланысы арқылы ұсталады және экзотермиялық реакциялар тұтынылған кезде бөлінеді.
а)сутегі - су электролизі- қолданған кезде жанады.процестің төмен тиімділігі және құрылғының қымбаттылығы ( электр - сутегі - жану - жылу -электр ) водород - электролиз воды - сжигание при потреблении
б) 700 ° С температурада сутегі және аммиактың азоты - тұтыну кезінде жылу бөлетін аммиак синтезі
( жылу - ыдырау - синтез - жылу ) . Өте төмен тиімділігі және
күрделі операция
3. Жылулық аккумуляциясы - су, шойын, - вода, чугун, жыныстар жылу энергиясын сақтауға болады және сыртқы ортаның оқшаулану жүйесінен сақтайды..
бөлме көлемі температурасы жылы М ыңғайлы ортаны қамтамасыз ету үшін ендік ( 60 ° дейін)
сол көлемде су батареяны қажет етеді.
4. Механикалық аккумуляция - арнайы құрылғыда потенциалды және кинетикалық энергия жинақталады.
А) Гидроэнергетикалық системада - су жоғарғы бассейнде жинақталады, гидротурбиналарды қолдану арқылы жұмыс жасайды.
В) Маховикитер - айналмалы маховиктің кинетикалық энергиясы жинақталады және шығындалады электрлік машинамен байланысты.
Г) Сығылған ауа- баяу қысу кезінде механикалық энергия сақталады PV

Қайта қалыпқа келетін энергия ресурстарының қолдануының экономикалық және экологиялық қажеттілігі

Әлемдік экономиканың қарқындап дамуы - адами және интеллектуалдық ресурстардың нәтижелі еңбегінің жемісі екені белгілі. Қазіргі заман талабына сай дамыған елдерде тиімді әзірлемелер жүйесі және түрлі қызмет сфераларына жаңа технологиялық шешімдерді енгізуге негізделген инновациялық экономикаға өту үрдісі байқалады. Сонымен бірге, табиғи ресурстардың молдығын пайдалану маңызды болған дәуір өтіп барады, оның орнына экономиканың технологиялық тұрғыдан дамуын тездету, үдету мақсатында тиімді тетіктерді қолдану мүмкіншілігі үлкен мәнге ие болып отыр. Арзан, сапасы төмен еңбекке негізделген өндіріс кезеңі аяқталуда. Дәл қазіргі қоғам - адамның интеллектуалдық ресурстарына, оның инновацияларды қабылдауы мен жүзеге асыру қабілетіне негізделген қоғам болып қалыптасуда.
Қазақстан өз Тәуелсіздігін жариялағаннан бастап жаһандық деңгейде тұрақты даму ісіне нақты үлес қосып келеді: ол бірінші болып өзінің қуаты жағынан әлемде төртінші орын алатын ядролық арсеналынан ерікті түрде бас тартты және әлемдегі ең ірі Семей ядролық полигонын жапты.
Сәтті жүргізілген реформаның нәтижесінде ел өз дамуында елеулі жетістіктерге қол жеткізді және тұрақты өсім көрсетіп келе жатқан аздаған елдің қатарынан сенімді түрде орын алды. Бұған жуықта ғана Бүкіләлемдік экономикалық форум сарапшылары жариялаған Жаһандық бәсекелестікке қабілеттілік есебі жақсы дәлел бола алады. Бұл есепке 144 мемлекет енгізілген. Оның негізіне әрбір елдің өз мүмкіндіктері мен ресурстарын азаматтардың әл-ауқатын көтеру мақсатында қабілеттілігін білдіретін көрсеткіштер алынған. Қазақстан осы рейтингте 51-ші орынға ие болды.
Қазақстанда әзірге мұндай тәжірибе кең қолданысқа ие бола қойған жоқ. Дегенмен, оның даму ағымы қазірдің өзінде байқалып отыр. Соның бір жарқын дәлелі Еуразиялық табиғи ресурстар корпорациясын (ENRC PLC) республикада алғашқылардың бірі болып 2011 жыл үшін тұрақты даму жөнінде есепті шығаруы болды.
Осыған орай тұрақты дау моделін былайша көрсеткім келіп отыр: ең алдымен, мақсат пен міндеттерді біріктіретін стратегия керек, ол экономикалық, әлеуметтік және экологиялық сфераларды қамтып, мемлекеттен қолдау алып және инновацияға негізделген кезде ғана тұрақты дамуға көше аламыз.
Республикамыздың тұрақты экономикалық дамуы үшін "ЖАСЫЛ ЭКОНОМИКА" саясатын ұстану қажет.
Қазақстан аумағы үшін ең перспективалы жаңартылатын энергия көздері мыналар (ЖЭК):
-Жел энергетикасы;
-Шағын су электр станциясы;
-Электр және күн энергиясын өндіру үшін күн қондырғылары;
Елімізде осыған орай Жамбыл облысының Қордай ауданында бірінші жел электр станциясы қолданысқа енгізілген болатын. Қордай ЖЭС-нің қуаты қазір 1,5 мың КВт құрайды, бірақ инвестор оның қуатын 10 МВт дейін көтеруді жоспарлауда.
Солтүстік Қазақстан облысында жел электр станциялары салынып жатыр.
Инновациялық жобаны өңірде алғаш болып Қызылжар ауданындағы Зенченко и К командиттік серіктестігі жүзеге асыруда. Биіктігі 54 метр, салмағы 74 тонна болатын жел генераторлары Германиядан жеткізілген. Әрбіреуінің қуаты - 750 киловатт. Бұл станциялар кәсіпорынның жұмысына қажет электр энергиясын толық көлемде өндіруге қауқарлы.
Қордай ауданында Күн электр станциясы тәжірибе ретінде алғаш рет іске қосылды. Енді, ел тұтынатын есіл энергия күн көзінен алынатын болады.
Қуаттылығы 504 килоВатт болатын жаңа станция Қордай аулына қарасты, Отар елді-мекенінде орналасқан. Айта кетейік, жұмысы мен жүйесіне жеке кәсіпкерлердің қаржысы жұмсалған. Нысанның құрылысынаҚазЭкоВатт ЖШС инвестиция салыпты. Технологиясы толық Қытайдан әкелінген. Жалпы, күн электр стансасының қуаты 7 МегаВатт жетеді жеп жоспарлануда. Ал, стансаның алғашқы кезегі 200-ге жуық үйді қамтамасыз етуге жеткілікті. Алғашқы бөлігін іске қосу үшін 20 жұмысшы тартылып, 200 млн. теңге қаражат бөлініпті.
Негізінен баламалы энергия көздерін пайдаланудың тиімділігін АҚШ, Германия сынды мемлекеттердің тәжірибесі көрсетіп отыр. Елімізде де бұл бағыттағы жұмыс қолға алынған. Энергия үнемдеу технологиясы саласында мемлекетімізде 25 жоба іске асырылуда. ҚР Индустрия және жаңа технологиялар министрі Әсет Исекешевтің есебіне қарағанда, 2020 жылға дейін қалпына келетін энергия көздерін пайдалану үлесі 1 мың мегаваттан аз болмауы тиіс. Біздің өңірімізде балама энергия көздерін пайдаланатын 3 нысан бар. Қуаттылығы 2,46 МВт Сергеев гидроэлектр стансасы, Қазақтелеком АҚ өндірістік нысандарын қосымша энергиямен қамтамасыз ету кешені және жалпы қуаттылығы 1,5 МВт Зенченко и К командиттік серіктестігінің жел электр стансасы.
Сараптамалық бағалау бойынша Қазақстанда жаңартылатын энергетика ресурстарыны (су энергиясы, жел және күн энергиясы) әлеуетi аса маңызды және 1 трлн. кВтсағ. бағаланады.
Қазіргі таңда елімізде мынадай жобаларды іске асыруда:
Осында айта кететін мынадай ұсыныстар:
-2020 жылға қарай электр энергия көздерін өндірудің 20% жанарылатын қуат көзіне қарай көшу қажет . Әрбір облысты жеке қамтитын куат көздері орталықтарын құру қажет . Әрбір орталықты инновациямен жарақтандыру қажет.
-Қуат үнемдегіш жеделсатылар жасыл экономикаға негізделген ғимараттарда ғана емес, қазіргі уақытта жаңадан салынып жатқан құрылыс нысандары мен тұрғын үйлерде де іске қосу қажет.
-Әрбір үй шатырына күн панелдерін орналастыру керек.Орталық Азия және өзге де дамушы елдермен салыстырғанда 16 миллионға жуық тұрғыны бар Қазақстан жан басына шаққанда электр қуатын орта есеппен 3,5 есеге көп тұтынады. Қазірде бул мәселе Үндістан мемлекетімен жеке келіссөздер жургізуде.
-Әлемдегі барлық тұтынылатын электр қуатының 19 пайызы жарықтандыруға жұмсалады екен. Заманауи қуат үнемдегіш технологиялары тұтынылатын электр қуатының 40 пайызына дейін, яғни әлемдік деңгейде 106 млрд. евроға тең келетін қаржыны үнемдеуге мүмкіндік береді. Экологиялық тұрғыдан қарағанда, бұл жылына атмосфераға таралатын 555 млн.тонна көмірқышқыл газы қалдықтарының зардабын жойып, жыл сайын 2 терраватт электр қуатын және 1,5 млрд. баррель мұнайды үнемдеуге алып келеді.
-Заманауи қуат үнемдеуші технологияларды енгізу тек жасанды жарықтандырудың жаңа стандарттарын орнату арқылы мүмкін екендігін түсінген көптеген елдер осындай нормаларды дайындауда жоспарлы саясат жүргізіп отыр. Мысалы, АҚШ-та 2014 жылға қарай жарықтың тиімсіз көздерінен толықтай бас тартуды көздейтін нормативті акт күшіне еніп үлгерген. 2009 жылдың қыркүйегінен бастап Еуроодақ қуаты 100 Вт. болатын қыздыру шамдарын (күнделікті қолданыстағы жарықтандыру лампалары) сатуға тыйым салса, 2012 жылдан бастап қыздыру шамдарының барлық түрлері саттыққа шығарылмайтын болады. 2012 жылы елімізде қуаты 100 Вт, 2013 жылы - 75 ватт, 2014 жылы - 25 ватт болатын жарық шамдарын әкелуге және сатуға тыйым салыну керек. Осыған байланысты құқықтық база дайындалу қажет.
-Балама қуат көзі бұл жасыл инновацияларға ұстанған бағыт болып табылады. Жоғары деңгейде мемлекеттік биліктің қолдауын алғаннан кейін әлеуетті перспективалық тренд, Елбасының мәлім етуінше және EXPO-2017 көрмесін өткізу тақырыбында осы бағыттың пайда болуына байланысты, отандық инновациялық жобалар пакетін жасақтауда негізгі секторға айналады.
-Сондықтан болашақ энергиясын дамытудың 2013-2017 жылдарға арналған тиісті кешенді жоспарын қабылдау қажет. Ол жоспар барлық өңірді, ұлттық холдингтерді, зерттеу институттары мен әлеуетті отандық және шетелдік инвесторларды қамтуы тиіс. Бағдарламалық барлық құжаттарды үйлестіру керек.
Энергия мен қоршаған орта мәселелерінің маңыздылығын негізге ала отырып, Қазақстан Expo-2017 көрмесіне Болашақ энергиясы тақырыбын таңдады. Көрме аясында бүгінгі таңда адамзат үшін маңызы зор энергияны сақтау, күн, жел, мұхит және геотермальді сияқты балама энергия көздерін қолдауға байланысты үлкен мәселелер қарастырылады.

Жел энергиясы

Бұл атмосферадағы ауа массаларының кинетикалық энергиясын халық шаруашылығында пайдалану үшін электр, жылу және кез-келген басқа энергия түріне айналдыруға мамандандырылған энергетика саласы. Трансформация жел генераторының (электр энергиясын алу үшін), жел диірмендерінің (механикалық энергияны алу үшін) және басқа да көптеген агрегаттардың көмегімен жүзеге асырылады. Жел энергиясы күннің белсенділігінің салдары болып табылады, сондықтан ол жаңартылатын энергия түрлеріне жатады.
Жел генераторының қуаты генератордың пышақтарымен көрінетін аймаққа байланысты. Мысалы, даниялық Vestas компаниясы шығарған 3 МВт (V90) турбиналардың жалпы биіктігі 115 метр, мұнараның биіктігі 70 метр және пышақтардың диаметрі 90 метр.
Желден энергия өндірудің ең перспективалы орындары жағалау аймақтары болып табылады. Теңізде, жағадан 10-12 км қашықтықта оффшорлық жел электр станциялары салынуда. Жел генераторларының мұнаралары 30 метр тереңдікке қағылған қадалардың іргетастарына орнатылады.
Жел генераторлары іс жүзінде қазбалы отынды тұтынбайды. Қуаты 1 МВт жел генераторының жұмысы 20 жыл ішінде шамамен 29 мың тонна көмірді немесе 92 мың баррель мұнайды үнемдеуге мүмкіндік береді.

Су энергиясы

Бұл электр станцияларында энергия көзі ретінде су ағынының потенциалдық энергиясы қолданылады, оның бастапқы көзі суды буландыратын күн болып табылады, содан кейін ол жауын-шашын түрінде тауларға түсіп, өзендерді қалыптастыру үшін төмен түседі. Гидроэлектростанциялар әдетте өзендерде салынып, бөгеттер мен су қоймаларын салады. Сондай-ақ, еркін ағынды су ағынының кинетикалық энергиясын пайдалануға болады.
Ерекшеліктері:
- ГЭС-тегі электр энергиясының өзіндік құны электр станцияларының өзге түрлеріне қарағанда айтарлықтай төмен
- ГЭС генераторларын энергияны тұтынуға байланысты тез қосуға және өшіруге болады
- жаңартылатын энергия көзі
- электр станцияларының басқа түрлеріне қарағанда ауа ортасына айтарлықтай аз әсер етуі
- ГЭС құрылысы әдетте капиталды көп қажет етеді
- көбінесе тиімді ГЭС тұтынушылардан алыстап кетеді
- су қоймалары көбінесе маңызды аумақтарды алады
ГЭС түрлері:
- платинлық
- платинасыз
- шағын
- гидроаккумуляциялаушы
- толқындық
- осмостық
Адам басына гидроэнергияны өндіру бойынша алда келе жатқан мемлекеттер Норвегия, Исландия және Канада болып табылады. 2000 жылдардың басындағы ең белсенді гидроқұрылысты Қытай жүргізеді, ол үшін гидроэнергия энергияның негізгі ықтимал көзі болып табылады, әлемдегі шағын гидроэлектростанциялардың жартысына жуығы сол елде орналасқан.

Толқын энергиясы

Толқындық электр станциялары мұхит бетінде тасымалданатын толқындардың потенциалдық энергиясын пайдаланады. Толқын қуаты кВтм-мен өлшенеді, жел мен күн энергиясымен салыстырғанда толқын энергиясы үлкен қуатқа ие. Толқын энергиясы Мұхит ағындарының энергиясымен ұқсас табиғатына қарамастан, олар өзгеше жаңартылатын энергия көзі болып табылады.

Күн сәулесінің энергиясы

Энергияның бұл түрі электромагниттік күн сәулесін электр немесе жылу энергиясына айналдыруға негізделген.
Күн электр станциялары будың кинетикалық энергиясын пайдалана отырып күн энергиясын пайдаланады.
Topaz Solar Farm - ең ірі фотоэлектрлік күн электр станциясының қуаты 550 МВт құрайды. АҚШ, Калифорния штатында орналасқан.
Жанама әсер ететін КЭС-ке мыналар жатады:
- мұнара-күн сәулесін тұзды ерітіндімен толтырылған орталық мұнараға гелиостаттармен шоғырландыратын.
- модульдік - бұл күн электр станцияларында салқындатқыш, әдетте, май әр параболоцилиндрлік айна концентраторының фокусында қабылдағышқа жеткізіледі, содан кейін жылуды булану арқылы суға жібереді.
- күн тоғандары - бірнеше метр тереңдікте көп қабатты, құрылымы бар шағын бассейн орналасқан. Жоғарғы-конвективті қабатта-тұщы су; ортасында жоғарылайтын тұздық концентрациясы бар градиент қабаты орналасқан; ең төменгі жағында тік тұздық қабаты орналасқан. Қабырғалары жылуды сіңіру үшін қара материалмен жабылған. Осы типтегі ең ірі электр станциясы Израильде орналасқан, оның қуаты 5 Мвт, тоғанның ауданы 250 000 м2, тереңдігі 3 м.

Күн энергиясының және оның негізіндегі қайта қалыпқа келетін энергия көздерің қолдануы

Күн энергетикасы дегеніміз - дәстүрлі емес энергетика бағыттарының бірі. Ол күннің сәулеленуін пайдаланып қандай да бір түрдегі энергияны алуға негізделген. Күн энергетикасы энергия көзінің сарқылмайтын түрі болып табылады, әрі экологиялық жағынан да еш зияны жоқ. Күннің сәулеленуі - Жердегі энергия көзінің негізгі түрі. Оның қуаттылығы Күн тұрақтысымен анықталатындығы белгілі. Күн тұрақтысы - күн сәулесіне перпендикуляр болатын, бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде өтетін күннің сәуле шығару ағыны. Бір астрономиялық бірлік қашықтығында (Жер орбитасында) күн тұрақтысы шамамен 1370 Втм²-қа тең. Жер атмосферасынан өткен кезде Күн сәулеленуі шамамен 370 Втм² энергияны жоғалтады. Осыдан Жерге тек 1000 Втм²-қа тең энергия ғана келіп түседі. Бұл келіп түскен энергия әр түрлі табиғи және жасанды процесстерде қолданылады. Күн сәулесі арқылы тікелей жылытуға немесе фотоэлементтер көмегімен энергияны қайта өңдеу арқылы электр энергиясын алуға не басқа да пайдалы жұмыстарды атқаруға болады.
Шындығында, қазіргі заманды электр энергиясынсыз мүлдем елестету мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергияны алудың шығыны аз, экологиялық таза көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып отыр. Әлем бойынша электр энергиясын ең көп өңдіретін елдерге АҚШ, Қытай жатады. Бұл елдерде электр энергиясының өндірісі әлемдік өндірістің 20%-ын құрайды. Соңғы кездері экологиялық проблемалар, пайдалы қазбалардың жетіспеушілігі және оның географиялық біркелкі емес таралуы салдарынан электр энергиясын өндіру желэнергетикалық құрылғыларды, Күн батареяларын, газ генераторларын пайдалану арқылы жүзеге аса бастады.
Жалпы алғанда, Күн сәулеленуінен электр энергиясы мен жылу алудың бірнеше әдістері бар. Олар:
1. Электр энергиясын фотоэлементтер көмегімен алу.
2. Күн энергиясын жылу машиналарының көмегі арқылы электр энергиясына айналдыру (Жылу машиналарының түрлері: поршеньдік немесе турбиналық бу машиналары. Стирлинг қозғалтқышы.).
3. Гелиотермальдық энергетика - Күн сәулелерін жұтатын беттің қызуы мен жылудың таралуы және қолданылуы.
4. Термоәуелік электр станциялары (Күн энергиясының турбогенератор арқылы бағытталып отыратын ауа ағыны энергиясына айналуы).
5. Күн аэростаттық электр станциялары (аэростат баллоны ішіндегі су буының аэростат бетіндегі күн сәулесі қызуы салдарынан генерациялануы).
Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғылардың бірі - Күн батареялары. Күн батареясы немесе фотоэлектрлік генератор - Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен (ФЭТ) тұратын ток көзі. Көптеген тізбектей-параллель қосылған ФЭТ-тер Күн батареясын қажетті кернеу және ток күшімен қамтамасыз етеді. Жеке ФЭТ-тің электр қозғаушы күші 0,5-0,55 В-қа тең және ол оның ауданына тәуелсіз (1 см² ауданға келетін қысқа тұйықталу тогының шамасы - 35-40 мА). Күн батареясындағы ток шамасы оның жарықтану жағдайына байланысты. Яғни күн сәулелері Күн батареясы бетіне перпендикуляр түскенде, ол ең үлкен мәніне жетеді. Қазіргі Күн батареяларының пайдалы әсер коэффициенті - 8-10%, олай болса 1 м² ауданға тең келетін қуат шамамен 130 Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25ºС-тан жоғары) ФЭТ-тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының пайдалы әсер коэффициенті кеміп, Күн батареяларының жиынтық қуаты ондаған, тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн батареяларының өлшемдері әр түрлі болады. Мысалы: микрокалькуляторда орнатылғандарынан бастап, ғимараттар шатырлары мен автокөліктер төбелеріне орнатылатындарына дейінгі өлшемдерде. Сондай-ақ Күн батареялары ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Ал тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды - калькулятор, қол сағаты, плеер, фонарь, т.б. токпен қоректендіру көзі де Күн батареялары болып табылатындығы бәрімізге белгілі.
Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі аян. Сыртқы фотоэффект құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика ілімінде XIX ғасырдың аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы Александр Столетов жасап шығарған. Өндірістік масштабтардағы фотоэлементтердің пайдалы әсер коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең жақсы үлгілердікі - 25%, ал лабораториялық жағдайларда 43,5%-ға дейін жетеді. Фотоэлементтің жұмыс істеу принципі металдан (калий, барий) не жартылай өткізгіштен жасалған электродтың (фотокатод) бетіне электормагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына негізделген. Фотоэлементтің сыртқы фотоэффект және ішкі фотоэффект құбылыстарына негізделіп жасалған түрлері бар. Мысалы: сыртқы фотоэффектіге негізделгені электровакуумды фотоэлемент болса, ішкі фотоэффектіге вентильді, жартылай өткізгішті, жаппалы қабатты фотоэлемент түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті кремний кристалынан жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэффициенті 15%-ға жуық) ғарыштық ұшу аппаратының қоректендіру көзі ретінде радиациялық құбылыстарды зерттеуде, т.б. жағдайларда да пайдаланылады. Сондай-ақ бүгінгі кезде фотоэлементтерді әр түрлі көлік түрлеріне - қайықтарға, электромобильдерге, гибридті автокөліктерге, ұшақтарға, дирижабльдерге, т.б. орнату мүмкіндігі бар. Италия мен Жапония сияқты мемлекеттерде фотоэлементтерді темір жол поездарының шатырына орналастырады. Соның ішінде Solatec LLC компаниясы Toyoto Prius гибридті автокөлігінің шатырына орналастыруға арналған жұқа қабыршақты фотоэлементтерді сатумен айналысады. Жұқа қабыршақты фотоэлементтердің қалыңдығы 0,6 мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің аэродинамикасына еш әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен фотоэлементтерден бөлек Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын адамзат ойлап тапқан құрылғыларға Күн коллекторлары, Күн электр станциялары, гелиожүйелер, т.б. жатады.
Жоғарыда келтірілген мысалдардан біз адамзат үшін Күн энергетикасының ауадай қажет екенін түсінеміз. Күн энергиясын пайдаланудың өзіндік артықшылықтарымен қатар кемшіліктері де бар. Артықшылықтары: 1) Күн энергиясы бәріне бірдей қолжетімді; 2) ол сарқылмайды; 3) қоршаған ортаға қауіпсіз; кемшіліктері: 1) ауа райы мен тәуліктің уақытына тәуелді; 2) Күн энергиясын алу үшін қолданылатын құрылғылардың қымбаттылығы; 3) оны шағылдыратын бетті периодты түрде тазалап отыру қажет; 4) электр станциясының жанында атмосфера ысып кетеді; 5) энергияны аккумуляциялау қажет.
Көмірсутекті өнімдердің өте көп өндірілуі климаттың өзгеруіне, жылыжайлы эффектінің қалыптасуына әкелетіні шындық. ... Күн энергетикасы көмегімен адамзатқа төніп тұрған аталған қауіптен құтылуға болады. Осымен байланысты ҚР-да дүние жүзіндегі озық тәжірибелерді пайдалана отырып мемлекет тарапынан электр энергиясын мұнай мен газға альтернативті энергетика ретінде Күн энергиясынан алуға баса назар аударылып отыр.
Күн энергиясын өз мақсатымыз үшін пайдаланудың болашағы зор. Ғалымдардың болжауынша 2050 жылға қарай Күн энергиясы адамзаттың электр энергиясына деген 20-25%-дай қажеттілігін өтей алады. Сол сияқты Халықаралық энергетикалық агенттіктіктің мәліметі бойынша 40 жылдан кейін Күн энергетикасы көмегімен атмосфераға көмірқышқыл газының түсуін жылына 6 млрд тоннаға дейін қысқартуға болады екен. Осындай тұжырымдар негізінде Күннен өндірілетін энергияның адамзат үшін сарқылмайтын байлық екендігіне әбден көз жеткізуге болады деп ойлаймыз.
Қатты денелердегі рекомбинациялдық сәулелену - люминесценция - ол жұтуға кері құбылыс болып табылады. Ол жартылай өткізгіштерде электрондық ауысуларға негізделген: өткізу өңірі - валенттік өңір, өткізу өңірі - акцепторлық деңгей, донорлық деңгей - валенттік өңір, донорлық деңгейлер - акцепторлық деңгейлері және аралық ауысуда тасушыларды экситонды күйде байланыстыратын актылар. Онда сәулеленетін жарықтың спектрі бір немесе бірнеше жолақтардан тұрады. Рекомбинациялық сәулеленудің спектрлерін зерттеу өңірлік моделінің параметрлері туралы, тыйым салынған өңірге қоспалар кіргізілетін локалдық деңгейлердің орыны туралы, сонымен бірге экситондардың, фотондардың т.б. энергетикалық спектрлеріне әсері туралы ақпаратты беруі мүмкін. Рекомбинациялық сәулеленуге келтіретін процестер еркін тасушыларды қоздырудан басталады. Осы процестің нәтижесі бір немесе екі типті (электрондар және кемтіктер) тепе-тең емес заряд тасушыларының пайда болуы. Тепе-тең емес тасушыларды қоздырудың негізгі тәсілдері: 1) фотондардың ағынымен қоздыру - фотолюминесценция; 2) электрондардың ағынымен қоздыру - катодолюминесценция; 3) негізгі емес тасушылардың p-n-ауысу арқылы инжекция жолымен қоздыру - электролюминесценция; 4) күшті электр өрісімен қоздыру - Дестрио типті электролюминесценция болып табылады
Фотолюминесценция. Фотолюминесценцияның сәулелену спектрі, әдетте, жұту спектрмен салыстырғанда ұзынтолқынды аумаққа ығыстырылған, басқаша айтқанда сәулеленетін (шығарылатын) энергиясы жұтылатын энергиясынан кем. Осы энергиялардың айырмасын Стокс ығысу деп атайды, ол центрмен жұтылған энергияның бөлігі фотондар түрінде люминесценцияның центірін қоршайтын кристал торына беруді көрсетеді. Кез келген люминесценция екі негізгі параметрлермен сипатталады - интенсивтікпен және люминесценция спектірімен, олар жартылай өткізгіштерде қоспалардың болуына тәуелді (активаторлар деп аталатын). Қоспа деңгейлер жұтатын, аралықты немесе сәулеленетін болуы мүмкін. Мұндай деңгейлердін ролін валенттік өңір мен өткізетін өңірде орындай алады. Жартылай өткізгіштерде рекомбинацияның келесі механизмдері болуы мүмкін.

Геотермалдық энергия

Осы типтегі электр станциялар - жылу тасымалдағыш ретінде ыстық геотермалдық көздердегі суды пайдаланатын жылу электр станциялары. Суды жылыту қажеттілігінің болмауына байланысты ГеоЖЭС ЖЭС-ке қарағанда едәуір экологиялық таза болып табылады. ГеоЖЭС вулкандық аудандарда салынуда, онда салыстырмалы түрде таяз тереңдікте су қайнау температурасынан жоғары қызып кетеді және бетіне түседі, кейде гейзерлер түрінде көрінеді. Жерасты көздеріне қол жеткізу ұңғымаларды бұрғылау арқылы жүзеге асырылады.

Биоэнергетика

Энергетиканың бұл саласы биоотыннан энергия өндіруге маманданған. Ол электр энергиясын да, жылуды да өндіруде қолданылады.
Бірінші буындағы биоотын
Биоотын-әдетте биологиялық қалдықтарды өңдеу нәтижесінде пайда болатын, биологиялық шикізаттан алынатын отын. Целлюлозадан және органикалық қалдықтардан биоотын алуға бағытталған әр түрлі деңгейдегі жобалар бар.
Түрлері:
- қатты биоотын (энергетикалық орман: отын, брикеттер, отын түйіршіктері, жоңқа, сабан, лузга), шымтезек;
- сұйық биоотын (іштен жану қозғалтқыштары үшін, мысалы биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметил эфирі, биодизель);
- газ тәрізді (биогаз, биодидор, метан).
Екінші буындағы биоотын
Екінші буын биоотыны - "екінші буын" шикізат көздерінен алынған метанол, этанол, биодизельден және т.б. биомасса пиролизінің әртүрлі әдістерімен алынатын отынның алуан түрлері. Жылдам пиролиз биомассаны сұйықтыққа айналдыруға мүмкіндік береді, оны тасымалдау, сақтау және пайдалану оңай әрі арзан. Сұйықтықтан автомобиль отынын немесе электр станциялары үшін отын шығаруға болады. Екінші буынды биоотынға арналған шикізат көзі лигноцеллюлозды қосылыстар болып табылады, олар тамақ өнеркәсібінде қолдануға жарамды биологиялық шикізаттың бөліктері алынып тасталғаннан кейін қалады. Екінші буындағы биоотын өндірісі үшін биомассаны пайдалану ауылшаруашылығына жарамды пайдаланылған жер көлемін азайтуға бағытталған. Екінші буын шикізат көзі болып табылатын өсімдіктерге мыналар жатады:
- балдырлар-ластанған немесе тұзды суда өсуге және көбеюге бейімделген қарапайым тірі организмдер (құрамында соя сияқты бірінші буын көздеріне қарағанда екі жүз есе көп май бар);
- арыш (өсімдік) - бидаймен және басқа да дәнді дақылдармен ротацияда өседі;
- ятрофа - құрғақ топырақта өседі, түріне қарай май мөлшері 27-ден 40% - ға дейін.
Нарықта сатылатын екінші буындағы биоотындардың ішіндегі ең танымалы-канадалық Dynamotive компаниясы мен Германияның Choren Industries GmbH компаниясының SunDiesel компаниясы шығарған BioOil.
Неміс энергетикалық агенттігінің (Deutsche Energie-Agentur GmbH) бағалауы бойынша (қазіргі технологиямен) биомасса пиролизімен жанармай өндірісі Германияның автомобиль отынына деген қажеттілігінің 20% - ын жаба алады. 2030 жылға қарай технологияның дамуымен биомасса пиролизі неміс автомобиль отынын тұтынудың 35% - ын қамтамасыз ете алады. Өндіріс құны бір литр отын үшін 0,80 евродан аз болады.
"Пиролиз желісі" (Pyrolysis Network (PyNe) - Еуропа, АҚШ және Канаданың 15 елінің зерттеушілерін біріктіретін зерттеу ұйымы құрылды.
Қылқан жапырақты ағаш пиролизінің сұйық өнімдерін пайдалану өте перспективті. Мысалы, 70% Сағыз скипидар, 25% метанол және 5% ацетон қоспасы, яғни қарағайдың шайырлы ағашын құрғақ айдау фракциялары А - 80 маркалы бензинді ауыстыру ретінде сәтті қолданыла алады.
Үшінші буындағы биоотын
Үшінші буын биоотыны - балдырлардан алынған отын.
АҚШ энергетика департаменті 1978 жылдан 1996 жылға дейін "Aquatic Species Program" бағдарламасы бойынша құрамында майы жоғары балдырларды зерттеді. Зерттеушілер Калифорния, Гавайи және Нью-Мексико ашық тоғандарда балдырларды өнеркәсіптік өндіруге жарамды деген қорытындыға келді. 6 жыл ішінде балдырлар 1000 м2 тоғандарда өсірілді. Өнімділік күніне 1м2 - тан 50 грамнан астам балдырды құрады. 200 мың гектар тоғандар АҚШ автомобильдерінің 5% жылдық тұтыну үшін жеткілікті отын өндіре алады. 200 мың гектар АҚШ - тың балдырлар өсіруге жарамды жерлерінің 0,1% - дан азы. Технологияда әлі де көптеген проблемалар бар. Мысалы, балдырлар жоғары температураны жақсы көреді (шөлді климат оларды өндіруге жақсы сәйкес келеді), бірақ өсірілген мәдениетті түнгі температураның төмендеуінен ("салқындау") қорғайтын қосымша температураны реттеу қажет. 1990 жылдардың аяғында нарықта мұнайдың салыстырмалы түрде төмен бағасына байланысты технология өнеркәсіптік өндіріске енгізілмеді.
Ашық тоғандарда балдырларды өсіруден басқа, электр станцияларының жанында орналасқан шағын биореакторларда балдырларды өсіру технологиялары бар. ЖЭО шығаратын жылу балдырларды өсіру үшін қажетті жылу қажеттіліктерінің 77% - ын жаба алады. Балдырлар мәдениетін өсірудің бұл технологиясы күнделікті температураның ауытқуынан қорғалған, ыстық шөлді климатты қажет етпейді, яғни оны кез - келген жұмыс істейтін ЖЭО-да қолдануға болады.

Фотосинтез және биоотынның негізіндегі энергетикалық кұрылғылардың принциптері

Жаңғыртылатын энергия көздерінің бірі биомасса энергиясы болып табылады.
Биоөнімдерінен газ тәріздес отын алу ертедегі Қытай елінде пайдаланған.
Биомаңыз терминнің ұғымына өсімдіктердің барлық түрі, ауыл шаруашылық өнімдерінің қалдықтары, ағаш өңдеу өнеркәсіптеріндегі энергетикалық құндылығы бар қалдықтар жатады және олар отын есебінде пайдаланады
Биомаңызды екі топқа бөлуге болады:
Бірінші топқа жататындар: өсімдіктер, микроорганизмдер, жануарлар т.б.
Екінші топқа жататындар: биомаңыздың алғашқы өнімін өңдегеннен қалған қалдықтар және адам мен жануарлардың іс-тіршілігінен қалған өнімдер.
Бірінші және екінші топтағы биомаңыздағы қорланған энергияны техникалық тиімді отынға әртүрлі жолдармен түрлендіруге болады.
Бұқтыру және ашыту тәсілдермен (ауыл шарашылығындағы жануарлардың және өсімдіктердің қалдық өнімдерінен) биомаңыздан биогаз және қосымша өнімдерді (витаминдер және тыңайтқыштар) алуға болады.
Биомаңыздың экологиялық жағы өте тиімді, өсімдіктер өсу барысында күн энергиясын жұтады, ал су, көмір қышқыл газдарын бөліп шығарады және фотосинтез үдерісі кезінде көміртегін түзеді, бірақ жану үдерісі жүрген кезде керісінше оттегін жұтады, жылу, су және көмір қышқыл газдарын бөліп шығарады.
Атмосферадағы С2О және жердегі су фотосинтез үдерісі кезінде көмір сутегін түзеді ал бұдан биомаңыз алынады. Яғни Күн энергиясы фотосинтез үдерісі кезінде пайдаланатын өзінің химиялық күйін биомаңыз күйінде сақтайды.
Егер біз биомаңызды тиімді жағатын болсақ (химиялық энергияны босатсақ), атмосферадағы оттегі, өсімдікттердегі көміртектері реакцияға түсіп С2О және су түзеді. Бұл үдеріс тоқтаусыз қайталанып отырады, С2О қайта жаңа биомаңыз өндіруге жарамды
Биомаңыздың органикалық отындарға қарағандағы ерекшелігі оның қоршаған ортамен әрекеттесуі. Өсімдіктердін химиялық құрамының ыдырауынан бөлінген заттар атмосфераға таралады. Органикалық отында ол керісінше жабық түрде жер астында қалады, оны жаққанша ол атмосфераға әсер етпейді.
Биомаңыз энергиясы болашақтың жаңғыртылатын энергия көзі деп аталады. Бүгінгі таңда ол бірінші ретте пайдаланатын энергияның 14% қамтамасыз етеді.
Бұл биомаңыз энергиясы дамыған едерде тұратын халықтың үштен төрт бөліген қамтамасыз ететін энергия көзі болып табылады.
Халық санының өсуі, органикалық отындардың азаюы дамыған елдер үшін биомаңыз энергиясына деген сұранысты өсіріп отырады. Дамыған елдер үшін биомаңыз энергиясы бірінші реттегі энергияның 38% қамтамасыз етеді, ал кейбір елдерде ол 90% құрайды [16,17,20].
1м3 құрғақ ағаш отында 10 ГДж (он миллион кДж), энергия бар. 1 литр суды 1 градусқа қыздыру үшін 4,2 кДж жылу энергиясы қажет. Ал суды қайнату үшін 400 кДж бұл 40 куб. сантиметр ағашты қажет. Бірақ ашық ортада жану кезінде 50 есе көп жұмсалады. Оның түрлендіру тиімділігі 2% аспайды.
Биомассаның энергиясы - бұл энергетикалық мақсатта биогаз және органикалық таза тыңайтқыштарды алумен, ауылшаруашылық қалдықтарын пайдаға асыру болып табылады. Қазақстанның ауыл шаруашылығында органикалық қалдықтардың жылдық шығымы шамамен 40 миллион тоннаны құрайды. Осы қалдықтарды биогазды технологиялар бойынша өңдеу шамамен 18 миллиард текше метр биогаз алуға мүмкіндік береді, бұл шартты отынның 14-15 млн. тоннасына эквивалентті. Осы ресурстарды жартылай пайдаға ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.